专利名称：辐射基板和用于制造其的方法以及具有其的发光元件封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种辐射基板(散热基板，radiating substrate)和用于制造该辐射基板的方法、以及具有该辐射基板的发光元件封装(发光元件包装)。
背景技术：
通常，发光元件封装通过封装诸如发光二极管(LED)、发光激光器等的发光元件来形成，以便被装配到家用器具、远程控制器、电子标志牌(电子广告牌)、显示器、自动装置、 照明装置等中。近年来，随着发光元件被应用于各种领域，需要用于有效地处理由发光元件产生的热的封装技术。特别地，在应用于照明装置的高输出发光二极管的情况下，功率消耗增加从而产生高温热。因此，需要改善发光元件的辐射效率(散热效率)。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有改善的辐射效率的辐射基板以及具有该辐射基板的发光元件封装。本发明的另一个目的是提供一种用于制造具有改善的辐射效率的辐射基板的方法。根据本发明的示例性实施方式，提供了一种将由加热元件产生的热辐射到外部的辐射基板，包括聚合物树脂；以及分布在聚合物树脂中以将由加热元件产生的热辐射到外部的石墨烯。具有单层片状结构的石墨烯可以插入到聚合物树脂之间。该辐射基板可以进一步包括在石墨烯的表面上形成的衍生物以便增加石墨烯与极性溶剂之间的反应性。环氧树脂可以被用作聚合物树脂。辐射基板可以具有多层结构，在该多层结构中堆叠(层叠)多个绝缘膜。根据本发明的另一个示例性实施方式，提供了一种用于制造粘合至加热元件以将由该加热元件产生的热辐射到外部的辐射基板的方法，包括通过混合聚合物树脂和石墨烯来制备混合物；通过混合和分散该混合物来形成聚合物浆料(聚合物糊)；通过流延(浇铸)聚合物浆料来形成多个绝缘膜；以及通过堆叠和烧制绝缘膜来形成基板层压体。所述制备混合物可以包括调节石墨烯的加入量使得石墨烯相对于聚合物浆料的总重量百分比为0. 05 {%至40wt%。
环氧树脂可以被用作聚合物树脂。所述制备混合物可以包括在石墨烯的表面上形成衍生物。根据本发明的另一个示例性实施方式，提供了一种发光元件封装，包括发光元件；以及粘合至发光元件以辐射由发光元件产生的热的辐射基板；其中所述辐射基板包括聚合物树脂；以及分布在聚合物树脂中以将由发光元件产生的热辐射到外部的石墨火布。具有单层片状结构的石墨烯可以插入到聚合物树脂之间。辐射基板可以具有多层结构，在该多层结构中堆叠多个绝缘膜。
图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的发光元件封装的示图；图2是图1所示的积层绝缘膜的内部区域(inner area)的放大示图；以及图3是用于对根据本发明示例性实施方式的发光元件封装与通常的辐射元件封装在辐射效果方面进行比较和说明的示图。
具体实施例方式通过下面参照附图的实施方式的描述，本发明以及实现其的方法的各种优点和特征将变得显而易见。然而，本发明可以以许多不同形式进行修改，并且不应限于此处阐述的实施方式。相反，可以提供这些实施方式使得该披露内容将是全面和完整的，并且将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在图中，相同的参考数字表示相同的元件。在本说明书中使用的术语用于说明实施方式，而不是用于限制本发明。除非明确有相反的描述，否则在本说明书中单数形式包括复数形式。单词“包括”和变型诸如“包含” 或“含有”将被理解成意味着包括所指的成分(部件)、步骤、操作和/或要素(元件)，但是不排除任何其他成分(部件)、步骤、操作和/或要素(元件)。图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的发光元件封装的示图，而图2是图 1所示的积层绝缘膜的内部区域的放大示图。参照图1和图2，根据本发明的示例性实施方式的发光元件封装100可以包括彼此粘合的发光元件110和辐射基板120。发光元件110可以是发光二极管和激光二极管中的至少任何一种。作为一个实例，发光元件Iio可以是发光二极管。用于将发光元件110电连接至辐射基板120的连接装置(未示出)，诸如引线框架可以设置在发光元件110的与辐射基板120相对的一个表面上。为了保护发光元件110免受外部环境，发光元件封装100可以进一步包括覆盖和密封发光元件110的成型膜(模压膜)(未示出)。辐射基板120可以将由发光元件110产生的热辐射到外部。此外，辐射基板120 可以是设置成为了将发光元件110安装在外部电子装置(未示出)上的封装结构。辐射基板120可以具有其中堆叠了多个绝缘膜的基板结构。例如，辐射基板120 可以具有积层多层电路基板结构。因此，辐射基板120可以具有其中堆叠了多个积层绝缘膜122的结构。绝缘膜122中的每一个可以包括内层电路图案124。电连接至内层电路图案124的外层电路图案126可以设置在辐射基板120的外侧。因此，发光元件110可以粘合至待电连接至内层电路图案124的外层电路图案126。同时，辐射基板120可以具有有非常高的热导率(导热性)的组合物(组成， composition)以便有效地辐射由发光元件110产生的热。例如，如图2所示，绝缘膜122可以包括聚合物树脂122a和石墨烯122b。聚合物树脂122a可以包括环氧树脂。环氧树脂可以是在制造积层多层电路基板中被用作辐射基板120的层间绝缘材料的绝缘材料。为此，优选使用具有优异的耐热性、 耐化学性和电特性的环氧树脂。例如，环氧树脂可以包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂(线型酚醛树脂型环氧树脂，phenol novolac type epoxy resin)、二环戊二烯型环氧树脂、和三缩水甘油基异氰酸酯中的至少任何一种杂环环氧树月旨。可替换地，环氧树脂可以包括溴取代的环氧树脂。石墨烯122b可以设置在聚合物树脂122a之间以有效地接收由发光元件110产生的热，从而将来自辐射基板120的热辐射到外部。石墨烯122b可以具有高热导率(导热性)。例如，已知石墨烯122b通常具有比金刚石高2倍的热导率。因此，包含石墨烯122b 的辐射基板120可以有效地辐射由发光元件110产生的热。此外，作为碳纳米材料的石墨烯122b在聚合物树脂组合物内可以用作聚合物树脂122 a之间的桥。例如，石墨烯122b可以具有丰富的电子云密度，从而使得可以利用强吸引力连接聚合物树脂122a。同时，与一般环氧树脂的范德华力相比，由石墨烯122b提供的对聚合物树脂122a的吸引力可以非常强。因此，由于石墨烯122b，辐射基板120的绝缘膜 122可以具有非常低的根据温度变化的膨胀和收缩比(膨胀和收缩率)。这里，相对于用于制造绝缘膜122的组合物的总重量百分比，可以加入约 0.05衬％至40衬％的石墨烯122b。在其中石墨烯122b的含量低于0. 05wt%的情况下，石墨烯122b的含量相对非常低，使得难以期待辐射基板120的辐射效率和利用强吸引力连接聚合物树脂122a的石墨烯的效果等。另一方面，在其中石墨烯122b的含量超过40衬％的情况下，由于石墨烯122b的过量添加可能会使辐射基板120的绝缘特性劣化，并且由于其他材料含量的相对降低可能会使材料的特性劣化。此外，绝缘膜122可以进一步包括固化剂、固化促进剂、和其他各种添加剂。下面将对其详细说明进行描述。同时，可以通过以下方法来制造如上所述的辐射基板120。首先，可以使聚合物树脂122a和石墨烯122b与预定溶剂进行混合以制造混合物。这里，由于石墨烯122b具有非常高的极性，因此其可能不易于溶解在溶剂中。因此，诸如羧基、烷基和胺基等的衍生物可以形成在石墨烯122b的表面上，从而使得可以增加石墨烯122b相对于溶剂的溶解性。此外，在制造混合物的工艺过程中，除了聚合物树脂122a和石墨烯122b之外，还可以进一步加入固化剂、固化促进剂、和其他各种添加剂。作为聚合物树脂122a，可以使用环氧树脂。例如，环氧树脂可以包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、和三缩水甘油基异氰酸酯中的至少任何一种杂环环氧树脂。可替换地，作为环氧树脂，可以使用溴取代的环氧树脂中的至少任何一种。作为固化剂，可以使用胺类、咪唑类、鸟嘌呤类、酸酐类、双氰胺类(氰基胍类)、和多胺类中的至少任何一种。可替换地，作为固化剂，可以使用2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、 2-苯基-4-苯基咪唑、双(2-乙基-4-甲基咪唑)、2_苯基-4-甲基-5-羟甲基咪唑、添加三嗪的咪唑、2-苯基-4，5- 二羟甲基咪唑、酞酸酐、四氢酞酸酐、甲基丁烯基四氢酞酸酐、六氢酞酸酐、甲基氢酞酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸酐、以及苯甲酮四羧酸酐中的至少任何一种。作为固化促进剂，可以使用苯酚、氰酸酯、胺、和咪唑中的至少任何一种。作为碳纳米材料的石墨烯122b在聚合物树脂组合物内可以用作环氧树脂之间的桥。例如，石墨烯122b可以具有丰富的电子云密度，从而使得可以利用强吸引力连接环氧 树脂。同时，与环氧树脂的范德华力相比，由石墨烯提供的对环氧树脂的吸引力可以非常强。因此，由于石墨烯，聚合物树脂组合物可以具有非常低的根据温度变化的膨胀和收缩比。相对于聚合物树脂组合物的总重量百分比，可以加入约0. 05衬％至40wt%的石墨烯。在其中石墨烯的含量低于0. 05衬％的情况下，石墨烯的含量相对太低，使得难以期待利用强吸引力连接环氧树脂的石墨烯的效果。另一方面，在其中石墨烯的含量超过40wt% 的情况下，由于石墨烯的过量添加可能会使聚合物树脂组合物的绝缘特性劣化，并且由于其他材料含量的相对降低可能会使材料的特性劣化。在使用聚合物树脂组合物制造绝缘膜并且进一步使用该绝缘膜制造多层电路基板的情况下，可以提供添加剂以便改善制造特性和基板特性。例如，添加剂可以包括填料、 反应性稀释剂、粘结剂等。作为填料，可以使用无机填料或有机填料。作为填料，例如，可以使用硫酸钡、钛酸钡、氧化硅粉末、无定形硅石、滑石、粘土、和云母粉末中的至少任何一种。基于聚合物树脂组合物的总重量百分比，填料的添加量可以被调节到约1衬％至30衬％。当填料的添加量低于时，可能难以起到填料的作用。另一方面，当填料的添加量超过30衬％时，诸如由聚合物树脂组合物制成的产品的介电常数的电特性可能会劣化。反应性稀释剂可以是在制造聚合物树脂组合物中用于调节粘度以促进制造可加工性(可操作性)的材料。作为反应性稀释剂，可以使用苯基缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、甲阶酚醛树脂酚醛型苯酚树脂(resol novolac type phenol resin)、和异硫氰酸酯化合物中的至少任何一种。可以提供粘结剂以便改善由聚合物树脂组合物制成的绝缘膜的柔性并且改善材料特性。作为粘结剂，可以使用聚丙烯酸类树脂(polyacryl resin)、聚酰胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚氰酸酯树脂、和聚酯树脂中的至少任何一种。相对于聚合物树脂组合物的总重量百分比，可以加入30wt%或更少的反应性稀释剂和粘结剂。如果相对于聚合物树脂组合物的总重量百分比，反应性稀释剂和粘结剂的含量超过30wt%，则聚合物树脂组合物的材料特性反而会劣化，使得由聚合物树脂组合物制成的产品的电特性、机械特性和化学特性可能劣化。此外，聚合物树脂组合物可以进一步包括预定的橡胶作为添加剂。例如，可以获得层压在内层电路上的绝缘膜，然后利用氧化剂进行湿粗糙化工艺(wet roughening process)以便改善与镀层的粘着力。因此，可溶于氧化剂中的橡胶、环氧改性的橡胶树脂等可以用于绝缘膜组合物中作为粗糙化成分(橡胶)。使用的橡胶的实例可以包括聚丁二烯橡胶，环氧改性的、丙烯腈改性的、尿烷改性的聚丁二烯橡胶，丙烯腈丁二烯橡胶，丙烯酸橡胶分散体型环氧树脂中的至少任何一种，而不限于此。相对于聚合物树脂组合物的总重量百分比，粗糙化成分的添加量可以被调节到约5衬％至30wt%。如果粗糙化成分低于 5wt %，则粗糙化性能可能会降低。另一方面，当粗糙化成分超过30wt %时，由聚合物树脂组合物制成的产品的机械强度可能会劣化。在混合和分散用于制造通过如上所述的方法制造的辐射基板的聚合物树脂组合物之后，对聚合物树脂组合物进行流延，从而被制成膜形式。混合和分散聚合物树脂组合物可以利用3球碾磨辊进行。对在如上所述的方案中制造的绝缘膜进行堆叠和烧制，从而使得可以形成积层多层电路基板。在该工艺(过程，方法)过程中，可以加入在每个绝缘膜上形成金属电路图案的步骤。因此，可以制造具有多个堆叠在其中的绝缘膜122并具有内层电路图案124和外层电路图案126的辐射基板120。在下文中，将对根据本发明的示例性实施方式的发光元件封装100与通常的辐射元件封装进行比较，并且在辐射效果方面进行描述。图3是用于对根据本发明示例性实施方式的发光元件封装与通常的辐射元件封装在辐射效果方面进行比较和说明的示图。更具体地，图3A是用于说明根据现有技术的一个实例的发光元件封装的辐射效果的示图。图3B是用于说明根据现有技术的另一个实例的发光元件封装的辐射效果的示图。图3C是用于说明根据本发明示例性实施方式的发光元件封装的辐射效果的示图。参照图3A，根据现有技术的一个实例的发光元件封装11进一步包括单独的导电板以将由发光元件产生的热辐射到外部。例如，发光元件封装11包括安装在基于辐射基板 13的一个表面上的发光元件12和粘合至另一个表面上的辐射板14，所述另一个表面是与所述一个表面相对的表面。辐射基板13具有通常的多层印刷电路板(PCB)结构，并且辐射板14由金属制成。在具有如上所述的结构的发光元件封装11中，在通过辐射基板13将由发光元件 12产生的热(Hl)转移至辐射板14之后，辐射板14将热(Hl)辐射到外部。在这种情况下，由于具有通常的印刷电路板结构的辐射基板13的较低的传热特性，因此发光元件封装 11并不会有效地将由发光元件12产生的热(Hl)转移至辐射基板13，从而具有低的辐射效率。并且，认为发光元件封装11必须单独地确保在辐射基板13之外的设置有辐射板14的区域，在辐射基板13的两个表面上安装不同电子部件的情况下，发光元件封装11被大大地限制。参照图3B，根据现有技术的另一个实例的发光元件封装21进一步包括在辐射基板内的单独的导电板，以将由发光元件产生的热辐射到外部。例如，发光元件封装21包括彼此粘合的发光元件22和辐射基板23，辐射基板的内部设置有将由发光元件22产生的热 (H2)辐射到辐射基板23的外部的导电核心板24。辐射基板23具有通常的多层印刷电路板结构，并且导电核心板24由金属材料制成。具有如上所述的结构的发光元件封装21通过在辐射基板23中的导电核心板24 将由发光元件22产生的热(H2)辐射到辐射基板23的外部。在这种情况下，发光元件封装 21将单独的导电核心板24埋置到辐射基板23中，使得很可能出现复杂的制造工艺和可靠性问题等。例如，导电核心板24由金属材料制成，使得在导电核心板24与辐射基板23的
7聚合物树脂之间的粘着力非常低。因此，出现容易使导电核心板24与辐射基板23分离的起泡现象(blister phenomenon)，从而使可靠性劣化。参照图3C，根据本发明的另一个示例性实施方式的发光元件封装100包括彼此粘合的发光元件Iio和辐射基板120 ；然而，所述发光元件封装100可以具有其中增加辐射基板120本身的热导率以将由发光元件110产生的热(H3)辐射到外部的结构。因此，与参照图3A和图3B描述的发光元件封装11和21相比，根据本发明的发光元件封装100并不需要包括单独的金属板，从而由于石墨烯的高热导率，使得可以简化制造工艺，降低制造成本并且改善发光元件110的辐射效果。如上所述，根据本发明的示例性实施方式的发光基板120具有多层结构，在该多层结构中，堆叠了多个绝缘膜，其中每个绝缘膜可以包括聚合物树脂122a和分布在聚合物树脂122a中以将由加热元件(例如，发光元件)产生的热辐射到外部的石墨烯122b。因此， 根据本发明的示例性实施方式的辐射基板以及具有该辐射基板的发光元件封装，辐射基板包括有效地将由加热元件产生的热辐射到外部的具有非常高的热导率的石墨烯，从而使得可以改善辐射效率。此外，根据本发明示例性实施方式的用于制造辐射基板120的方法，在利用聚合物树脂122a和石墨烯122b的混合物形成浆料之后，对由浆料形成的绝缘膜进行堆叠和烧制，从而使得可以制造其中具有比金属更高的热导率的石墨烯122b分布在聚合物树脂 122a中的辐射基板120。因此，与在辐射基板中形成单独的金属板以便辐射由加热元件(例如，发光元件)产生的热的情况相比，根据本发明的示例性实施方式的用于制造辐射基板的方法可以简化制造工艺，降低制造成本，并且改善辐射效果。根据本发明的辐射基板以及具有该辐射基板的发光元件封装，辐射基板包括具有比金属更高的热导率的石墨烯，从而与利用金属板对由加热元件产生的热进行辐射的情况相比，使得可以显著地改善辐射效率。根据本发明的用于制造辐射基板的方法，在利用聚合物树脂和石墨烯的混合物形成浆料之后，对通过流延浆料形成的绝缘膜进行堆叠和烧制，从而使得可以制造其中具有比金属更高的热导率的石墨烯分布在聚合物树脂内的辐射基板120。因此，与在辐射基板中形成单独的金属板以便辐射由加热元件(例如，发光元件)产生的热的情况相比，根据本发明示例性实施方式的用于制造辐射基板的方法可以简化制造工艺，降低制造成本，并且改善辐射效果。已经结合目前被认为是实际示例性实施方式的那些对本发明进行了描述。虽然已经描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明还可以用于各种其他组合、修改和环境中。 换句话说，本发明可以在说明书中披露的本发明的概念的范围内进行变化或更改，该范围等价于本发明所属领域中技术或知识的公开内容和/或范围。已经提供了上面描述的示例性实施方式以说明在实现本发明中的最佳状态。因此，它们可以在使用其他发明诸如本发明中在本发明所属领域已知的其他状态下实施，并且还可以以在本发明的具体应用领域和使用中所需的各种形式进行更改。因此，应当理解，本发明不限于披露的实施方式。应当理解，其他实施方式也包括在所附权利要求的精神和范围内。
权利要求
1.一种将由加热元件产生的热辐射到外部的辐射基板，所述辐射基板包括 聚合物树脂；以及石墨烯，所述石墨烯分布在所述聚合物树脂中以将由所述加热元件产生的热辐射到外部。
2.根据权利要求1所述的辐射基板，其中，具有单层片状结构的所述石墨烯被插入到所述聚合物树脂之间。
3.根据权利要求1所述的辐射基板，进一步包括在所述石墨烯的表面上形成的衍生物，以便增加在所述石墨烯与极性溶剂之间的反应性。
4.根据权利要求1所述的辐射基板，其中，环氧树脂被用作所述聚合物树脂。
5.根据权利要求1所述的辐射基板，其中，所述辐射基板具有多层结构，在所述多层结构中堆叠多个绝缘膜。
6.一种用于制造辐射基板的方法，所述辐射基板粘合至加热元件以将由所述加热元件产生的热辐射到外部，所述用于制造辐射基板的方法包括通过混合聚合物树脂和石墨烯来制备混合物； 通过混合和分散所述混合物来形成聚合物浆料； 通过流延所述聚合物浆料来形成多个绝缘膜；以及通过堆叠和烧制所述绝缘膜来形成基板层压体。
7.根据权利要求6所述的用于制造辐射基板的方法，其中，所述制备混合物包括调节所述石墨烯的加入量，使得所述石墨烯相对于所述聚合物浆料的总重量百分比为0. 05wt% 至 40wt%。
8.根据权利要求6所述的用于制造辐射基板的方法，其中，使用环氧树脂作为所述聚合物树脂。
9.根据权利要求6所述的用于制造辐射基板的方法，其中，所述制备混合物包括在所述石墨烯的表面上形成衍生物。
10.一种发光元件封装，包括 发光元件；以及辐射基板，所述辐射基板粘合至所述发光元件以辐射由所述发光元件产生的热； 其中，所述辐射基板包括 聚合物树脂；和石墨烯，所述石墨烯分布在所述聚合物树脂中以将由所述发光元件产生的热辐射到外部。
11.根据权利要求10所述的发光元件封装，其中，具有单层片状结构的所述石墨烯被插入到所述聚合物树脂之间。
12.根据权利要求10所述的发光元件封装，其中，所述辐射基板具有多层结构，在所述多层结构中堆叠多个绝缘膜。
全文摘要
本发明提供了一种辐射基板和用于制造其的方法以及具有其的发光元件封装。所述辐射基板将由预定加热元件产生的热辐射到外部。所述辐射基板包括聚合物树脂和分布在聚合物树脂中的石墨烯。根据本发明的用于制造辐射基板的方法可以简化制造工艺，降低制造成本，并且改善辐射效果。
文档编号H01L33/00GK102437279SQ20111029694
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月29日
发明者李和泳, 李揆相, 李春根, 林贤镐, 洪相寿, 赵在春 申请人:三星电机株式会社