可冲压成型金属均温陶瓷基板的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种可冲压成型金属均温陶瓷基板，主要系对应组装于金属散热鳍片上，系包括：一金属基板；一微结构金属改质处理层；一陶瓷薄膜层，于其上利用玻璃粘着性及陶瓷导热性，将高导热陶瓷玻璃材网印刷于微结构金属改质处理层上，经高温熔融烧结成膜，粘着在金属基板表面；一金属线路层，于高导热陶瓷薄膜层上，用金属导电浆料网印，印刷线路于微结构金属改质处理层上再透过低温烧结形成导电线路层，整合成多层的金属均温陶瓷基板。本实用新型可冲压成型金属均温陶瓷基板导热快速，克服金属散热基板绝缘导热层导热不佳且改善传统陶瓷基板X-Y轴平面的热传导率不好，以及陶瓷基板材料易脆的问题。
【专利说明】可冲压成型金属均温陶瓷基板
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及散热基材【技术领域】，尤其是适用于电路散热的基板。
【背景技术】
[0002] LED照明模块及金属壳件，现今大量使用在电子相关产品上，LED功率已经可到达 单颗10W以上，尤其是以白光高功率型式的需求最大现在的照明系统上所使用之散热基板 的效能影响LED散热的主要因素包含了 LED晶粒、晶粒载板、芯片封装及模块的材质与设 计，随着全球环保的意识抬头，节能省电已成为当今的趋势。LED产业是近年来最受瞩目的 产业之一。发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、且不含 汞，具有环保效等优点。然而LED高功率产品输入功率约为20%能转换成光，剩下80%的 电能均转换为热能，LED及其封装的材料所累积的热能多半都是以传导方式散出，所以LED 晶粒基板及LED芯片封装的设计及材质就成为了主要的关键。
[0003] 金属散热基板（MCPCB)或陶瓷基板（LTCC)散热的改良对LED发展有关键的地位， 也深深影响是否能提高LED在各产品的渗透率。散热不佳会造成几个严重的现象，首先会 造成波长的改变，例如从450nm的蓝光变成480nm的蓝绿色。其次会造成亮度降低，最后还 会影响产品可靠性因为热会降低封装材料寿命。LED发光产生的热能若无法导出，将会使 LED芯片结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性，而LED结面温度经由热 传导的方式，越过各种封装材料而到达灯具外殻散热到空气中。请参阅第三图LED球泡灯 结构分解图，系为习知之球泡灯结构如图所示：
[0004] 是将LED晶粒34焊贴于传统铝基板4上，再将传统铝基板4底部涂抹导热膏平贴 金属散热鳍片6凹槽内后，再将灯壳7封装完成。热流传递在这个过程中，有两个主要的导 热瓶颈，一是与芯片直接接触的导热铝基板及填补空隙之导热膏，目前已有陶瓷基板（氧 化铝或氮化铝）提供有效的导热方式，而且特性最好，虽然陶瓷基板的垂直Z轴导热性良 好，但X-Y轴平面的导热率不佳，且材料易脆裂造成生产不易，成本又偏高。
[0005] 所以如果成本压力大的灯具，就只好退而求其次，使用铝基板（MCPCB)，请再参阅 第四图传统铝基板4结构示意图，系为习知之结构如图所示：
[0006] 是将金属基板41贴合绝缘导热胶层42 (Polymer)，再将铜箔线路层43 -同加热 压合蚀刻线路而成。虽然铝基板有众多好处，但最可惜的就是，上下层金属间的绝缘导热 胶层42材料需具有很大的电气绝缘性能要求，从而必须使用较厚的绝缘层，厚度一般为 80 μ m?100 μ m ;绝缘导热层是铝基板核心技术之所在，它是由特种填充的特殊的聚合物 构成，然夹于上层线路层（铜箔层）与下层金属间的绝缘导热层热传导率仅0.2?0.5W/ mK，相较于金属237W/mk或铜398W/mk，反而成了热传导的阻碍。
[0007] 缘是，实用新型人有鉴于此，针对现有结构及缺失予以改良克服金属散热基板 (MCPCB)绝缘导热层（Polymer)导热不佳且同时改善陶瓷基板（LTCC)X-Y轴平面的导热率 不好，及陶瓷基板材料易脆的问题。解决金属间热阻抗来达到改善高功率LED散热问题，以 期完全改善现有的缺失。 实用新型内容
[0008] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有优异的热传导性能，可冲压成型的 金属均温陶瓷基板。
[0009] 本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案：可冲压成型金属均温陶瓷基板， 主要系对应组装于金属散热鳍片上，系包括：
[0010] 一金属基板，所述金属基板可为一体化金属散热鳍片组、几何图形金属基材； [0011] 一微结构金属改质处理层；
[0012] 一陶瓷薄膜层，于其上利用玻璃粘着性及陶瓷导热性，将高导热陶瓷玻璃材网印 刷于微结构金属改质处理层上，经高温熔融烧结成膜，粘着在金属基板表面；
[0013] 一金属线路层，于高导热陶瓷薄膜层上，用金属导电浆料网印，印刷线路于微结构 金属改质处理层上再透过低温烧结形成导电线路层，整合成多层的金属均温陶瓷基板。
[0014] 可优选地，所述金属基板，材质为铝基或铁基或铜基金属；所述微结构金属改质处 理层可阳极处理或微弧金属改质或熔射或喷砂或酸洗处理；所述陶瓷薄膜层，基材可为无 机硅酸盐玻璃粉，搪瓷粉或珐琅粉复合材料；所述金属线路层，可运用溅镀、电镀、电化学沉 积、以及黄光微影制程制作电路薄膜而成；所述陶瓷薄膜层，可利用网印或移印或打印机喷 印或喷涂于金属上；所述金属线路层，可利用网印或移印或喷涂机喷印制作线路；
[0015] 本实用新型可冲压成型金属均温陶瓷基板，利用陶瓷薄膜附着于金属均温板上， 再高温中熔融烧结，使陶瓷薄膜成膜粘附在下层金属均温板表面。该方法用陶瓷及玻璃粉 形成薄膜层代替高分子环氧树脂绝缘导热胶（Polymer)，作为上下层金属间的绝缘导热层 材料，解决垂直热流瓶颈并经金属均温板扩散X-Y轴平面的导热率，再将线路利用金属导 电浆料网印方式，印刷于陶瓷薄膜层上透过低温烧结成电路或运用溅镀、电镀、电化学沉 积、以及黄光微影制程制作电路薄膜而成，整合成多层的玻璃绝缘高导热金属基板，因其陶 瓷玻璃膜厚薄，导热快速，克服金属散热基板（MCPCB)绝缘导热层（Polymer)导热不佳且改 善传统陶瓷基板（LTCC)X-Y轴平面的热传导率不好，以及陶瓷基板材料易脆的问题。
[0016] 而本实用新型金属均温板经阳极处理或微弧金属改质处理后形成微结构气孔增 加陶瓷薄膜黏着强度及热流传导，因其陶瓷膜厚薄延展性好可加工成型笔记本电脑外壳及 通讯3C产品外壳结合塑料植入射出具有足够高的机械强度，也能作为支持构件使用，加工 性好、尺寸精度高有别于过去以往常见到的机身外壳多半都是采用塑料、或是一体成型的 铝合金金属外壳，透过该技术，能让手机机身外壳不但更轻、更薄、同时还能拥有更坚固耐 用、更防刮、弹性佳等优点。
[0017] 结合金属均温板及玻璃质感达到绝缘导热3C金属壳件，外侧可添加有色金属氧 化物陶瓷玻璃，应用在消费性电子、通讯器材等产品上，同时解决了 EMI电磁防护及金属间 热阻抗，达到很好的热传导效率。新处理技术可同时兼顾外观色彩丰富性及保有金属的质 感，可液压成型不破坏壳件表面，可发展表面图纹质感3C金属壳件，具有高度市场潜力。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型可冲压成型金属均温陶瓷基板的结构放大图；
[0019] 图2为本实用新型实施例中一体化玻璃绝缘散热鳍片组结构放大图；
[0020] 图3为LED球泡灯结构分解图；
[0021] 图4为传统错基板结构不意图；
[0022] 图5为外壳冲压成型示意图。
[0023] 附图标号说明：可冲压成型金属均温陶瓷基板3、金属均温板31、微结构金属改质 处理层311、陶瓷薄膜层32、金属线路层33、LED晶粒34、传统铝基板4、金属板41、绝缘导 热胶层42、铜箔线路层43、一体化金属散热鳍片组5、金属散热鳍片上板51、微结构金属改 质处理层511、金属散热鳍片6、灯壳7、3C产品外壳8。
【具体实施方式】
[0024] 为令本实用新型之技术手段能够更完整且清楚的揭露，兹请一并参阅所附图及图 号，并详细说明如下：
[0025] 首先，请参阅图1所示，系为本实用新型一种可冲压成型金属均温陶瓷基板3之结 构图，该可冲压成型陶瓷基板3主要系对应组装于第三图金属散热鳍片6上，其包含有：
[0026] -金属均温板31金属均温板经表面阳极处理或微弧金属改质处理后形成微结构 金属改质处理层311在其上利用玻璃绝缘性及陶瓷导热性，将高导热陶瓷基材涂布于微结 构金属改质处理层311上烧结成陶瓷薄膜层32粘附在微结构金属改质处理层311表面，再 利用金属导电浆料，印刷线路于高导热陶瓷薄膜层32上再透过低温烧结形成金属线路层 33,将LED晶粒34焊贴于金属线路层33以解决上下层金属间的电气绝缘性能要求将垂直 热流透过金属均温板31分散热流改善传统陶瓷基板X-Y轴平面的导热率不佳瓶颈。
[0027] 请再一并参阅图1及图5所示于金属均温板31经阳极处理或微弧金属改质处理 后形成微结构金属改质处理层311增加陶瓷薄膜层32熔接强度及热流传导，其中该金属线 路层33,可变更为有颜色陶瓷玻璃釉替代烧结，可加工冲压成型3C金属壳件。同时兼顾外 观色彩丰富性及保有金属的质感，因其陶瓷膜厚薄延展性好可加工成型笔记本电脑外壳及 通讯3C产品外壳结合塑料植入射出具高机械强度，也能作为支持构件使用，加工性好，让 3C产品外壳8不但更轻、更薄、同时还能拥有更坚固耐用、更防刮等优点。
[0028] 请再参阅图1、图2所示，系为本实用新型一种可冲压成型金属均温陶瓷基板3另 一实施例示意图，该实施例状态将金属均温陶瓷基板3再进一步规范另一种实施状态，该 金属基板31改由一体化金属散热鳍片组5所取代，其系于金属散热鳍片上板51经表面金 属改质处理层511处理后在其上将高导热陶瓷及玻璃粉网印于上烧结，形成陶瓷薄膜层32 粘附在金属改质处理层511表面，再将线路利用金属导电浆料，印刷线路于微结构金属改 质处理层511表面上，再透过低温烧结形成金属线路层33,整合成多层的玻璃绝缘高导热 一体化金属散热鳍片组5,因其陶瓷膜厚薄导热快速，更解决了传统铝基板4底部需涂抹填 补空隙之导热膏所形成之热流阻抗，达到更快速高导热的功效者。
[0029] 前述之实施例或附图并非限定本实用新型之结构样态或尺寸，任何所属【技术领域】 中具有通常知识者之适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型之专利范畴。
[0030] 而根据上述可知，藉由本实用新型陶瓷玻璃绝缘金属基板相较于现有技术确实具 有诸多优点，其详述如下：
[0031] 1.本实用新型可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征是利用玻璃绝缘性及陶瓷导 热性，将陶瓷及玻璃网印于金属上烧结，低膜厚陶瓷薄膜层代替高分子环氧树脂材料绝缘 层（Polymer)解决上下层金属间的电气绝缘性能要求及将垂直热流透过金属均温板分散 热流改善传统陶瓷基板X-Y轴平面的导热率不佳瓶颈。
[0032] 2.本实用新型金属均温陶瓷基板，利用一体化金属，整合成多层的玻璃绝缘和高 导热一体化金属散热鳍片组，更解决了传统铝基板底部因涂抹填补空隙之导热膏所形成之 热流阻抗，达到更高导热的功效者。
[0033] 3.本实用新型可冲压成型金属均温陶瓷基板另一功能结合金属均温板及玻璃质 感达到绝缘导热3C金属壳件，外侧可添加有色金属氧化物陶瓷玻璃，应用在消费性电子、 通讯器材等产品上，同时解决了 EMI电磁防护及金属间热阻抗，达到很好的热传导效率，应 用在消费性电子、通讯器材等产品上。
[0034] 4.本实用新型金属均温陶瓷基板利用金属导电浆料网印方式印刷线路于表面金 属改质处理层上或运用溅镀、电镀、电化学沉积、以及黄光微影制程制作电路薄膜而成，整 合成多层的玻璃绝缘高导热金属基板，因其陶瓷玻璃膜厚薄，导热快速，解决了金属间垂 直热流阻抗达到很好的热传导效率。改善习知之金属基板铜箔线路因蚀刻、电解、电镀所造 成环境污染及环保问题。
[0035] 综上所述，本实用新型实施例确能达到所预期之使用功效，又其所揭露之具体构 造，不仅未曾见于同类产品中，亦未曾公开于申请前，诚已完全符合专利法之规定与要求， 爰依法提出新型专利之申请，恳请惠予审查，并赐准专利，则实感德便。
【权利要求】
1. 一种可冲压成型金属均温陶瓷基板，主要系对应组装于金属散热鳍片上，系包括： 一金属基板； 一微结构金属改质处理层； 一陶瓷薄膜层，于其上利用玻璃粘着性及陶瓷导热性，将高导热陶瓷玻璃材网印刷于 微结构金属改质处理层上，经高温熔融烧结成膜，粘着在金属基板表面； 一金属线路层，于高导热陶瓷薄膜层上，用金属导电浆料网印，印刷线路于微结构金属 改质处理层上再透过低温烧结形成导电线路层，整合成多层的金属均温陶瓷基板。
2. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述金属基板 可为一体化金属散热鳍片组、几何图形金属基材。
3. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述金属基板， 材质为铝基或铁基或铜基金属。
4. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述微结构金 属改质处理层可阳极处理或微弧金属改质或熔射或喷砂或酸洗处理。
5. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷薄膜 层，基材可为无机硅酸盐玻璃粉，搪瓷粉或珐琅粉复合材料。
6. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述金属线路 层，可运用溅镀、电镀、电化学沉积、以及黄光微影制程制作电路薄膜而成。
7. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷薄膜 层，可利用网印或移印或打印机喷印或喷涂于金属上。
8. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述金属线路 层，可利用网印或移印或喷涂机喷印制作线路。
9. 根据权利要求1所述的可冲压成型金属均温陶瓷基板，其特征在于：所述金属线路 层，可改为有颜色陶瓷玻璃釉烧结替代可加工冲压成型3C金属壳件。
【文档编号】H01L33/64GK203895489SQ201320705755
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年11月9日 优先权日:2013年11月9日
【发明者】何自开 申请人:何自开, 郭月英