薄型散热基板的制作方法

薄型散热基板
【技术领域】
1.本实用新型涉及一种散热基板，具体而言，涉及一种薄型化的散热基板。


背景技术：

2.目前提高led亮度有两种方式，分别为增加芯片亮度以及多颗密集排列等方式，这些方法都需输入更高功率之能量，而输入led的能量，大约20％会转换成光源，剩下80％都转成热能，然在单颗封装内送入倍增的电流，发热自然也会倍增，因此在如此小的散热面积下，散热问题会逐渐恶化。
3.此种封装，如仅应用在只使用1～4颗led的散光灯，散光灯点亮时间短暂，热累积现象并不明显；但如应用在液晶电视的背光上，由于使用高亮度led，led也要密集排列并长时间点亮，在有限的散热空间内难以适时的将这些热排除于外。由此产生的热对晶粒会造成严重问题。
4.举例而言，当晶粒接口温度升高时，量子转换效率导致发光强度下降，且寿命也会跟着下降；放射波长改变，使得色彩稳定性降低；受热时因不同材质的膨胀系数不同，会有热应力累积使产品可靠性降低，使用年限也会降低。
5.因此，散热是高功率led极需解决的重要问题。就散热角度而言，除需考虑散热基板之导热率提升外，进一步的还必须要考虑降低散热基板的热阻。引申而言，对于相同导热率的散热基板，若其导热绝缘层厚度越薄，则其热阻则越低。因此，高导热的薄型化类陶瓷基板为led散热的解决方案之一。另外，在制作散热基板时，若压合过程控制不当，导热绝缘层中很可能会产生气泡而降低导热率和质量的稳定性。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种薄型散热基板，优化散热基板中的导热电绝缘复合材料层，通过填充大量的小粒径的导热填料于导热电绝缘复合材料层中，可以将散热基板予以薄型化，同时选择非圆球形的导热填料以增加比表面积，使散热基板具有良好的导热率，从而改善散热问题。
7.本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种薄型散热基板，其为层叠结构且自下至上依序包括金属基底、导热电绝缘复合材料层和电路图案层，其中该导热电绝缘复合材料层位于该金属基底和该电路图案层之间，该导热电绝缘复合材料层包含高分子聚合物基材、以及均匀散布于该高分子聚合物基材中的非圆球形导热填料，该非圆球形导热填料的粒径为0.1μm～25μm，该导热电绝缘复合材料层的厚度为25μm～75μm，该导热电绝缘复合材料层的导热率为1w/m
·
k～6w/m
·
k。
8.一实施例中，该非圆球形导热填料为破碎形形状。
9.一实施例中，该非圆球形导热填料为氧化铝、氮化铝、氮化硼或氧化镁的陶瓷粉。
10.一实施例中，该电路图案层包括焊垫，电子器件焊接在该焊垫上。
11.一实施例中，还包括石墨层,设置于该导热电绝缘复合材料层和该电路图案层之
间。
12.与现有技术相比，本实用新型的薄型散热基板的有益效果在于：通过其中导热电绝缘复合材料层的导热填料的形状和大小的调整，将散热基板予以薄型化，散热基板具有良好的导热率，从而有效改善焊接于电路图案层上的电子器件的散热问题。
【附图说明】
13.图1显示本实用新型一实施例的薄型散热基板的侧面结构示意图。
14.图2显示本实用新型另一实施例的薄型散热基板的侧面结构示意图。
15.附图标记说明：
16.10、20 薄型散热基板
17.11 金属基底
18.12 导热电绝缘复合材料层
19.13 电路图案层
20.14 石墨层
21.15 焊垫
【具体实施方式】
22.下面请参照说明书附图，对本实用新型进一步描述。
23.图1为本实用新型一实施例的薄型散热基板示意图。薄型散热基板10包括由下至上依序为金属基底11、导热电绝缘复合材料层12和电路图案层13，而构成层叠结构。导热电绝缘复合材料层12设置于金属基底11与电路图案层13之间。更详细地说，金属基底11作为底层，例如是铝金属基底。导热电绝缘复合材料层12设置于该金属基底11上。电路图案层13设置于该导热电绝缘复合材料层12上。电路图案层13通常以铜金属做材料，可以设计为包括焊垫15，从而电子器件得以焊接在该焊垫15上。本实施例中，导热电绝缘复合材料层12位于金属基底11和电路图案层13之间，作为金属基底11和电路图案层13之间的电气绝缘的界面，亦即将彼此电绝缘隔离。又，导热电绝缘复合材料层12可将焊接在该焊垫15上的电子器件(例如芯片)产生的热向下导热至金属基底11，并进一步将热往外界逸散，达到散热效果。
24.图2为本实用新型另一实施例的薄型散热基板示意图。薄型散热基板20包括由下至上依序为金属基底11、导热电绝缘复合材料层12、石墨层14和路图案层13，而构成层叠结构。本实施例与图1实施例的差异在于薄型散热基板中额外设置石墨层14。石墨层14位该导热电绝缘复合材料层12和电路图案层13之间。由于以石墨材料所制成的石墨层14具有良好的导热性，可以更有效且更快速将焊接在该焊垫15上的电子器件(例如芯片)产生的热向下导热至导热电绝缘复合材料层12和金属基底11，并进一步将热往外界逸散，达到更好的散热效果。而且，石墨材料的硬度介于导热电绝缘复合材料层12和电路图案层13之间，可作为导热电绝缘复合材料层12和电路图案层13之间的缓冲，避免薄型散热基板20在温度冷热循环下因应力的产生而导致分层剥离的问题。另外，尽管增加了石墨层，但石墨材料的成本低廉，不会对制造过程造成制造成本负担。
25.本实用新型的薄型散热基板10和20中的导热电绝缘复合材料层12包含高分子聚合物基材以及均匀散布于该高分子聚合物基材中的非圆球形导热填料。高分子聚合物基材
的材料可以选用热固型环氧树脂。热固型环氧树脂具有良好的电气特性、制程能力、接着强度、低廉价格且容易取得，适合作为散热基底材料使用。非圆球形导热填料可以为例如破碎形形状，因此具有高比表面积。非圆球形导热填料可以选用陶瓷粉，例如氧化铝、氮化铝、氮化硼或氧化镁。一实施例中，导热电绝缘复合材料层中陶瓷粉(即非圆球形导热填料)的粒径为0.1μm～25μm。在制作导热电绝缘复合材料层时，以热固型环氧树脂单体、交联促进剂与散热陶瓷粉末掺混系统，通过陶瓷粉末的导入，提升系统的散热特性；并利用高扭力双螺杆压出机混合及利用热压成型机加热进行高分子预聚合反应，将材料制作成黏合片。结合高分子材料、高分子加工、led组件开发与组件量测技术等，开发出新型绝缘金属基板型散热基材架构(mcpcb/ims)，并将其验证于led组件上。
26.为维持散热基板的导热率，且降低导热电绝缘复合材料层的厚度进而降低散热基板总热阻，除了需填充大量导热陶瓷粉外，导热陶瓷粉也需选用小粒径的陶瓷粉。由于选用小粒径的陶瓷粉，可将导热电绝缘复合材料层的厚度予以薄型化至25μm～75μm。薄型化类陶瓷散热基材由于添加大量且高比表面积的导热陶瓷粉末而具备有高的散热特性。
27.为求高的陶磁粉填充量于树脂，黏度需控制在相对低的黏度掺混操作。应知，高填充量且高比表面积陶磁粉混合于低黏度树脂于真空压合时易造成大的压合压力产生陶磁粉与树脂的相分离，低的压合压力又不易将黏合胶片及介层间的气泡排出。导热电绝缘复合材料层中的气泡将使热阻上升、电性下降，陶磁粉与树脂的相分离亦将使基板散热不均匀。本实用新型于导热电绝缘复合材料层制作时严格控管其流变参数稳定性，相较一般b
‑
stage的fr4印刷电路板压合本散热粘合贴片为a
‑
stage，所以于真空压合时针对该流变参数图的树脂黏弹性变化，设计各压合段的压力及温升曲线而达到符合需求的压合程序，进而达到绝缘层中低的气泡产生、无陶磁粉与树脂相分离及推胶异常的特性目的。通过控制黏合片于真空热压金属散热基板制程时的黏弹性变化，降低绝缘层中的气泡产生、推胶异常、陶磁粉与树脂的相分离，而达到高导热系数及高信赖性的目的。
28.陶瓷粉末虽然提供了散热特性，但是陶瓷粉末无法直接形成类陶瓷基板。高分子的热传系数很低，仅达0.36w/m
·
k以下。然而，高分子聚合物(例如环氧树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等)能提供电性、机械力与可靠度，以及能够容易地将陶瓷粉末分散于其中。通过同时采用氧化铝/氮化铝/氮化硼/氧化镁与环氧树脂的高分子复合材料系统，再搭配陶瓷材料的非圆球形形状(例如破碎形)、二种以上不同粒径大小组合，以及陶瓷材料的表面处理技术，以最大填充量与最密堆积为目标，以达到高导热系数与高信赖性的需求。
29.关于本实用新型所获得的导热电绝缘复合材料层的导热率，使用astm d5470测试方法来量测导热率。astm d5470是美国材料试验协会制订的热导性电绝缘材料的热传输特性的标准试验方法，采用稳态热板法，对样品施加一定的热流量、压力，测试样品的厚度和在热板/冷板间的温度差，得到样品的导热系数。通过本实用新型的设计，本实用新型所获得的导热电绝缘复合材料层的导热率为1w/m
·
k～6w/m
·
k。
30.现有技术主要专注在提升导热率。至于降低导热粘合贴片绝缘层的厚度，除了在生产制备上较不易，另在真空压合更易因为制程、参数不适合而影响成品电性、导热率、热阻厚度均匀性，进而无法满足品质及良率。本实用新型的薄型化类陶瓷基板目前已克服相关问题技术达到高的品质、良率可稳定生产。由于产品具备低热阻的散热特性，热传导率已经与传统陶瓷基板相当，且具备高的耐电性及绝缘性，将有效增进组件之电器特性、安全
性、稳定性与耐用性。本实用新型除了可以应用于led相关产业(例如车头灯、高亮度照明)外，并可使用在太阳能、车用电子、马达、power ic、电源供应器、系统封装载板、比特币矿机等相关市场。
31.本实用新型的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域相关技术人员仍可能基于本实用新型的启示及公开而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所示，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。