复合散热型电路板、紫外光固化模组及其制备方法与流程

本发明涉及一种电路板、包括该电路板的紫外光固化模组及其制备方法。

背景技术：

紫外光固化设备利用紫外线(通常为200-450nm)照射紫外光固化材料(例如胶水或油墨)使其产生聚合反应而固化，在印刷、涂装等行业具有非常广泛的应用。传统的紫外光固化设备利用紫外线汞灯作为光源，电耗大，且因紫外线汞灯产生臭氧而需要配置排气装置，导致设备总体运行成本高。led(发光二极管)具有低电耗、长寿命、小型化、轻量化和不含水银成分等优点，近年来，紫外led光源已越来越多地替代紫外线汞灯使用在紫外光固化设备上。

紫外led光源通常以紫外光固化模组的形式安装在紫外光固化设备中，该紫外光固化模组包括电路板和安装在该电路板上的紫外led发光器件(例如紫外led灯珠或芯片)。紫外led发光器件在工作过程中会散发大量热量，因此要求该电路板具有优异的散热性能，以提高紫外led发光器件的工作性能和使用寿命，避免紫外led发光器件因过热而出现“死灯”现象。

作为提高例如fr-4电路板等有机材质电路板散热性能的常见措施，可以在该电路板的绝缘基板中嵌入例如铝或铜的导热金属；另外，还可以在该电路板的绝缘基板中嵌入陶瓷散热体。但随着紫外光固化技术的快速发展，产业上迫切期望紫外光固化模组具有更强的照射强度，单独在绝缘基板中嵌入导热金属或陶瓷已难以很好地满足业界对电路板散热性能的要求。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种具有良好散热性能的电路板。

本发明的另一目的是提供一种具有良好散热性能的紫外光固化模组。

本发明的再一目的是提供一种低成本地制备具有良好散热性能的电路板的方法。

为了实现上述的第一目的，本发明提供了一种复合散热型电路板，包括绝缘基板和形成在绝缘基板上表面的导电图形；其中，绝缘基板内设置有露出于其下表面的热管和露出于其上表面的金属散热体，金属散热体与热管连接，且热管和绝缘基板的下表面相互平齐；绝缘基板和热管的下表面侧设置有石墨烯散热片，且绝缘基板与石墨烯散热片之间以及热管与石墨烯散热片之间通过导热粘结片粘结连接。

由以上技术方案可见，本发明的电路板采用了金属散热体、热管和石墨烯散热片等多种复合散热途径；使用时，例如紫外led发光器件与金属散热体形成热连接，紫外led发光器件工作过程中所产生的热量由金属散热体传导至热管，并进一步由热管和导热粘结片快速传导至石墨烯散热片。其中，热管和石墨烯散热片具有远高于金属和陶瓷的散热能力，从而使得电路板的散热性能得到显著提高。进一步地，热管设置在绝缘基板内，且热管的下表面被导热粘结片和石墨烯散热片所覆盖，使得热管完全埋设在电路板内部，因此热管不会与空气接触，避免了因热管与空气接触发生氧化而导致的散热性能下降。

根据本发明的一种具体实施方式，金属散热体和导电图形的上表面相平齐。由此，便于将例如紫外led灯珠的热沉和电极分别高可靠性地焊接到金属散热体和导电图形上。

根据本发明的另一具体实施方式，金属散热体的顶部具有覆盖金属散热体并延伸至绝缘基板上表面的导热焊垫，导热焊垫和导电图形的上表面相平齐。

上述技术方案中，在金属散热体顶部覆盖导热焊垫，导热焊垫的面积大小和形状可以根据所要安装的例如紫外led发光器件的具体类型和规格而灵活地调整，从而提高电路板的通用性。

根据本发明的另一具体实施方式，导电图形包括成对设置并分别位于金属散热体相对两侧的正极焊盘和负极焊盘。

在本发明的一个具体实施例中，热管上设置有多个金属散热体，导电图形包括成对设置并分别位于每一金属散热体相对两侧的正极焊盘和负极焊盘。

根据本发明的另一具体实施方式，绝缘基板包括多层绝缘板材，多层绝缘板材之间通过粘结材料粘结连接，且热管被粘结材料粘着固定在绝缘基板内。

为了实现上述的另一目的，本发明还提供了一种紫外光固化模组，其包括如上所述的任意一种复合散热型电路板和设置在该复合散热型电路板上的紫外led发光器件；其中，紫外led发光器件与金属散热体热连接，并与导电图形电连接。

由以上技术方案可见，本发明的紫外光固化模组包括采用了金属散热体、热管和石墨烯散热片等多种复合散热途径的电路板；紫外led发光器件工作过程中所产生的热量由金属散热体传导至热管，并由热管和导热粘结片快速传导至石墨烯散热片，散热性能极佳。进一步地，热管不会与空气接触，避免了因热管与空气接触发生氧化而导致的散热性能下降。

为了实现上述的再一目的，本发明还提供了一种制备紫外光固化模组的方法，其包括制作电路板的步骤s1以及将紫外led发光器件设置到电路板上的步骤s2；其中，步骤s1包括：

s101：提供热管，并在热管上制备金属散热体；

s103：提供绝缘基板层叠体，该绝缘基板层叠体包括由下到上叠放的多层绝缘板材、设置在多层绝缘板材之间的半固化粘结片、和形成在最上层绝缘板材上表面的表面铜箔层，且该绝缘基板层叠体具有容纳热管和金属散热体的台阶通孔；

s105：热压绝缘基板层叠体而得到内嵌热管和金属散热体的绝缘基板，并对绝缘基板的上、下表面进行研磨；其中，金属散热体和表面铜箔层的上表面相平齐，热管和绝缘基板的下表面相平齐；

s107：利用导热粘结片在热管和绝缘基板的下表面侧粘结石墨烯散热片；

s109：对表面铜箔层进行图形蚀刻处理，得到导电图形；

并且其中，步骤s2包括：使得紫外led发光器件与金属散热体形成热连接，并与导电图形形成电连接。

为了实现上述的再一目的，本发明还提供了另一种制备紫外光固化模组的方法，包括制作电路板的步骤s1以及将紫外led发光器件设置到电路板上的步骤s2；其中，步骤s1包括：

s101：提供热管；

s103：将热管嵌设到绝缘基板内；其中，该绝缘基板具有相对设置的第一主表面和第二主表面，绝缘基板的第一主表面具有表面铜箔层，热管的其中一个表面露出于绝缘基板的第二主表面，且热管的外露表面和绝缘基板的第二主表面相平齐；

s105：从绝缘基板的第一主表面侧钻设使得热管露出的盲孔，并通过丝网印刷工艺在该盲孔内丝印金属浆料，然后使得金属浆料固化而形成金属散热体；其中，金属散热体和表面铜箔层的外表面相平齐；

s107：利用导热粘结片在绝缘基板的第二主表面侧粘结覆盖热管和绝缘基板的石墨烯散热片；

s109：对表面铜箔层进行图形蚀刻处理，得到导电图形；

并且其中，步骤s2包括：使得紫外led发光器件与金属散热体形成热连接，并与导电图形形成电连接。

作为本发明的优选实施方式，上述制备方法还包括在步骤s105之后且在步骤s109之前，在表面铜箔层和金属散热体表面形成覆铜层的步骤；步骤s109中，对表面铜箔层和覆铜层进行图形蚀刻处理，得到导电图形和导热焊垫，该导热焊垫覆盖金属散热体并延伸至绝缘基板的上表面。

本发明的紫外光固化模组制备方法具有成本低的优点，并可以实现热管和金属散热体在绝缘基板内的可靠固定。

为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需说明的是，为了清楚地示意所要表达的结构，附图中的不同部分可能并非以相同比例描绘，因此，除非明确指出，否则附图所表达的内容并不构成对各部分尺寸、比例关系的限制。

附图说明

图1是本发明紫外光固化模组实施例1的结构示意图；

图2是本发明电路板实施例1制备方法中在热管上形成金属散热体的结构示意图；

图3是本发明电路板实施例1制备方法中将热管和金属散热体放置到绝缘基板层叠体的台阶通孔内的结构示意图；

图4是本发明电路板实施例1制备方法中热压得到内嵌热管和金属散热体的绝缘基板的结构示意图；

图5是本发明电路板实施例1制备方法中在绝缘基板和热管下表面设置石墨烯散热片的结构示意图；

图6是本发明电路板实施例1制备方法中对表面铜箔层进行图形蚀刻后的结构示意图；

图7是本发明电路板实施例1的结构示意图；

图8是本发明电路板实施例1的俯视结构示意图；

图9是本发明电路板实施例2的结构示意图；

图10是本发明电路板实施例2制备方法中在金属散热体和表面铜箔层上形成覆铜层的结构示意图；

图11是本发明电路板实施例2制备方法中对表面铜箔层和覆铜层进行图形蚀刻后的结构示意图；

图12是本发明紫外光固化模组实施例3的结构示意图；

图13是本发明电路板实施例3制备方法中将热管放置到绝缘基板层叠体盲孔内的结构示意图；

图14是本发明电路板实施例3制备方法中热压得到内嵌热管的绝缘基板的结构示意图；

图15是本发明电路板实施例3制备方法中在绝缘基板上钻设用于容纳金属浆料盲孔的结构示意图；

图16是本发明电路板实施例3制备方法中在金属浆料盲孔内制备金属散热体的结构示意图；

图17是本发明电路板实施例3制备方法中在绝缘基板和热管下表面设置石墨烯散热片的结构示意图；

图18是本发明电路板实施例3制备方法中对表面铜箔层进行图形蚀刻后的结构示意图；

图19是本发明电路板实施例3的结构示意图；

图20是本发明紫外光固化模组实施例4的结构示意图；

图21是本发明电路板实施例4制备方法中在金属散热体和表面铜箔层上形成覆铜层后的结构示意图；

图22是本发明电路板实施例4制备方法中对表面铜箔层和覆铜层进行图形蚀刻后的结构示意图；

图23是本发明电路板实施例4制备方法中在绝缘基板上表面形成阻焊层后的结构示意图。

具体实施方式

复合散热型电路板、紫外光固化模组及其制备方法实施例1

请参阅图1，实施例1的紫外光固化模组包括如图7所示的复合散热型电路板和设置在该复合散热型电路板上的紫外led灯珠100；其中，该复合散热型电路板包括绝缘基板10、形成在绝缘基板10上表面的导电图形20、形成在绝缘基板10上表面并部分覆盖导电图形20的阻焊层50、设置在绝缘基板10内并露出于绝缘基板10下表面的热管30、以及设置在绝缘基板10内并露出于绝缘基板10上表面的金属散热体31；热管30为铜热管，金属散热体31为导热铜柱。

具体地，绝缘基板10包括多层例如fr-4板材的绝缘板材11，多层绝缘板材11之间通过粘结材料12粘结连接，且粘结材料12还围绕热管30和金属散热体31的侧面而将二者粘着固定在绝缘基板10内。金属散热体31与热管30连接，且金属散热体31和导电图形20的上表面相平齐，热管30和绝缘基板10的下表面相互平齐。金属散热体31和热管30呈台阶状分布，以有利于更可靠地固定在绝缘基板10内。

绝缘基板10和热管30的下表面侧设置有覆盖绝缘基板10和热管30的石墨烯散热片40，且绝缘基板10与石墨烯散热片40之间以及热管30与石墨烯散热片40之间通过导热粘结片41粘结连接。其中，导热粘结片41可以是例如粘性导热硅胶片、热固化型导热粘结片，其导热系数优选为大于2w/(m·k)，更优选为大于5w/(m·k)。在满足粘结强度的基础上，导热粘结片41的厚度可以设置得尽可能地薄。这样，即使导热粘结片41具有比热管30和石墨烯散热片40低的导热系数，其热阻也会比较小，使得热量可快速地由热管30传导至石墨烯散热片40。

导电图形20包括成对设置并分别位于金属散热体31相对两侧的正极焊盘21和负极焊盘22；阻焊层50形成在绝缘基板10上表面，并露出正极焊盘21和负极焊盘22。紫外led灯珠100具有正电极101、负电极102以及位于二者之间的热沉103，正电极101和负电极102分别焊接至正极焊盘21和负极焊盘22，热沉103则焊接至金属散热体31。

实施例1中，紫外光固化模组的制备方法包括制作电路板的步骤s1以及将紫外led灯珠焊接到电路板上的步骤s2；其中，制作电路板的步骤s1包括：

s101：如图2所示，提供热管30，并通过焊接铜柱或电镀形成铜柱的方法而在热管30上制备金属散热体31；

s103：如图3所示，提供绝缘基板层叠体10’，绝缘基板层叠体10’包括由下到上叠放的多层绝缘板材11、设置在多层绝缘板材11之间的半固化粘结片12’以及形成在最上层绝缘板材11上表面的表面铜箔层20’，绝缘基板层叠体10’具有容纳热管30和金属散热体31的台阶通孔13；

s105：热压绝缘基板层叠体10’而得到内嵌热管30和金属散热体31的绝缘基板10，并对绝缘基板10的上、下表面进行研磨；具体地，经过热压步骤，半固化粘结片12’发生固化反应形成固化态的粘结材料12，且粘结材料填充台阶通孔13内的空隙而将热管30和金属散热体31固定在绝缘基板10内。对绝缘基板10的上、下表面进行研磨，可以去除热压过程中流动至热管30和金属散热体31外露表面的粘结材料，并提高热管30和金属散热体31的外露表面与绝缘基板10表面的平整性。经过步骤s105，如图4所示，金属散热体31和表面铜箔层20’的上表面相平齐，热管30和绝缘基板10的下表面相平齐；

s107：如图5所示，利用导热粘结片41在热管30和绝缘基板10的下表面侧粘结石墨烯散热片40；

s109：如图6所示，对表面铜箔层20’进行图形蚀刻处理，得到导电图形20；

s111：如图7所示，在绝缘基板10的上表面形成阻焊层50，阻焊层50部分覆盖导电图形20，并露出正极焊盘21、负极焊盘22和金属散热体31。

其中，将紫外led灯珠100焊接到电路板上的步骤s2包括：使得紫外led灯珠100的正电极101和负电极102分别与正极焊盘21和负极焊盘22焊接连接，并使得紫外led灯珠100的热沉103与金属散热体31焊接连接。

本实施例的制备方法在利用热压工艺制作绝缘基板10的同时将热管30和金属散热体31固定在绝缘基板10内，具有制作流程简单、成本低且热管30和金属散热体31固定可靠的优点。

需要说明的是，步骤s107只需在步骤s105之后进行即可，例如也可以在步骤s109或步骤s111之后再进行步骤s107。另外，实施例1中，热管30上可以设置有多个散热体31。图8是实施例1中复合散热型电路板的俯视图，如图8所示，热管30沿复合散热型电路板的纵向延伸，热管30上设置有多个沿其纵向阵列分布的金属散热体31，导电图形20包括成对设置并分别位于每一金属散热体31相对两侧的正极焊盘21和负极焊盘22。

复合散热型电路板、紫外光固化模组及其制备方法实施例2

图9是实施例2中电路板的结构示意图，如图9所示，实施例2与实施例1的结构区别仅在于：实施例2中金属散热体31的顶部具有覆盖金属散热体31并延伸至绝缘基板10上表面的导热焊垫23，导热焊垫23和导电图形20的上表面相平齐，阻焊层50形成在绝缘基板10的上表面并露出正极焊盘21、负极焊盘22和导热焊垫23。相应地，紫外光固化模组实施例2中，紫外led灯珠的热沉和导热焊垫23焊接连接。

实施例2中紫外光固化模组制备方法与实施例1的区别在于，制作电路板的步骤s1还包括在步骤s107之后进行如下的步骤s108(请参阅图10)：通过例如依次进行化学镀铜及电镀铜工艺在表面铜箔层20’和金属散热体31表面形成覆铜层120’；如图11所示，步骤s109中，对表面铜箔层20’和覆铜层120’进行图形蚀刻处理，得到导电图形20和导热焊垫23。将紫外led灯珠100焊接到电路板上的步骤s2包括：使得紫外led灯珠100的正电极101和负电极102分别与正极焊盘21和负极焊盘22焊接连接，并使得紫外led灯珠100的热沉103与导热焊垫23焊接连接。

复合散热型电路板、紫外光固化模组及其制备方法实施例3

请参阅图12，实施例3的紫外光固化模组包括如图19所示的复合散热型电路板和设置在该复合散热型电路板上的紫外led灯珠100；其中，该复合散热型电路板包括绝缘基板10、形成在绝缘基板10上表面的导电图形20、形成在绝缘基板10上表面并部分覆盖导电图形20的阻焊层50、设置在绝缘基板10内并露出于绝缘基板10下表面的热管30、以及设置在绝缘基板10内并露出于绝缘基板10上表面的金属散热体131。热管30为铜热管或铝热管，金属散热体131为例如铜浆或银浆的金属浆料固化后所形成的固态散热体。

具体地，绝缘基板10包括多层例如fr-4板材的绝缘板材11，多层绝缘板材11之间通过粘结材料12粘结连接，且粘结材料12还围绕热管30的侧面而将热管30粘着固定在绝缘基板10内，金属散热体131则和位于其侧面的绝缘板材11直接连接。金属散热体131与热管30连接，且金属散热体131和导电图形20的上表面相平齐，热管30和绝缘基板10的下表面相互平齐。金属散热体131和热管30呈台阶状分布，以有利于更可靠地固定在绝缘基板10内。

绝缘基板10和热管30的下表面侧设置有覆盖绝缘基板10和热管30的石墨烯散热片40，且绝缘基板10与石墨烯散热片40之间以及热管30与石墨烯散热片40之间通过导热粘结片41粘结连接。导电图形20包括成对设置并分别位于金属散热体131相对两侧的正极焊盘21和负极焊盘22；阻焊层50形成在绝缘基板10上表面，并露出正极焊盘21和负极焊盘22。紫外led灯珠100具有正电极101、负电极102以及位于二者之间的热沉103，正电极101和负电极102分别焊接至正极焊盘21和负极焊盘22，热沉103则焊接至金属散热体131。

实施例3中，紫外光固化模组的制备方法包括制作电路板的步骤s1以及将紫外led灯珠100焊接到该电路板上的步骤s2；其中，制作电路板的步骤s1包括：

s101：提供热管30；

s103：将热管30嵌设到绝缘基板10内；

具体地，步骤s103又包括如下的分步骤：首先，如图13所示，提供绝缘基板层叠体10’，绝缘基板层叠体10’包括由下到上叠放的多层绝缘板材11和设置在多层绝缘板材11之间的半固化粘结片12’，绝缘基板层叠体10’的第一主表面具有表面铜箔层20’，绝缘基板层叠体10’的第二主表面开设有容纳热管30的盲孔101；接着，热压绝缘基板层叠体10’，使得半固化粘结片12’发生固化反应形成固化态的粘结材料12，且粘结材料12填充盲孔101内的空隙而将热管30固定在绝缘基板10内，得到内嵌热管30的绝缘基板10；然后，对绝缘基板10的第二主表面进行研磨，以去除热压过程中流动至热管30外露表面的粘结材料，并提高热管30的外露表面与绝缘基板10表面的平整性。由此，如图14所示，所得绝缘基板10具有相对设置的第一主表面和第二主表面，绝缘基板10的第一主表面具有表面铜箔层20’，热管30的其中一个表面露出于绝缘基板10的第二主表面，且热管30的外露表面和绝缘基板10的第二主表面相平齐；

s105：如图15所示，从绝缘基板10的第一主表面侧钻设使得热管30露出的盲孔102，并通过丝网印刷工艺在盲孔内丝印例如银浆或铜浆的金属浆料，然后使得金属浆料固化而形成金属散热体131；其中，如图16所示，金属散热体131和表面铜箔层20’的外表面相平齐；

s107：如图17所示，利用导热粘结片41在绝缘基板10的第二主表面侧粘结覆盖热管30和绝缘基板10的石墨烯散热片40；

s109：如图18所示，对表面铜箔层20’进行图形蚀刻处理，以得到导电图形20；

s111：如图19所示，在绝缘基板10的上表面形成阻焊层50，阻焊层50部分覆盖导电图形20，并露出正极焊盘21、负极焊盘22和金属散热体131。

其中，将紫外led灯珠100焊接到电路板上的步骤s2包括：使得紫外led灯珠100的正电极101和负电极102分别与正极焊盘21和负极焊盘22焊接连接，并使得紫外led灯珠100的热沉103与金属散热体131焊接连接。

实施例3的制备方法在利用热压工艺制作绝缘基板10的同时将热管30固定在绝缘基板10内，具有制作流程简单、成本低且热管30固定可靠的优点。

复合散热型电路板、紫外光固化模组及其制备方法实施例4

图20是实施例4中紫外光固化模组的结构示意图，其包括紫外led芯片200、如图23所示的复合散热型电路板实施例4和封装透镜300；结合图20和23所示，实施例4与实施例3的结构区别在于：实施例4中金属散热体131的顶部具有覆盖金属散热体131并延伸至绝缘基板10上表面的导热焊垫23，导热焊垫23和导电图形20的上表面相平齐；紫外led芯片200设置在导热焊垫23上，并通过金线201与正极焊盘21电连接，通过金线202与负极焊盘22电连接，封装透镜300将紫外led芯片200、金线201及金线202封装在其中。

实施例4中紫外光固化模组制备方法与实施例3的区别在于，制作电路板的步骤s1还包括在步骤s107之后进行如下的步骤s108(请参阅图21)：通过例如依次进行化学镀铜及电镀铜工艺在表面铜箔层20’和金属散热体131表面形成覆铜层120’；如图22所示，步骤s109中，对表面铜箔层20’和覆铜层120’进行图形蚀刻处理，得到包括正极焊盘21和负极焊盘22的导电图形20以及导热焊垫23。

实施例4中紫外光固化模组制备方法还包括将紫外led芯片200设置到电路板上的步骤s2和形成封装透镜的300的步骤s3。其中，步骤s3包括：将紫外led芯片100固定至导热焊垫23，并利用金线201将紫外led芯片100与正极焊盘21电连接，利用金线202将紫外led芯片100与负极焊盘22电连接。

容易理解，在本发明未图示的其他实施例中，复合散热型电路板还可以包括设置在绝缘基板10内部的内层导电线路。另外，虽然图中未示出，但导电图形20还可以包括露出于阻焊层50并用于连接外部导线的导电端子。

虽然以上通过优选实施例描绘了本发明，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本发明的发明范围内，凡依照本发明所作的同等改进，应为本发明的保护范围所涵盖。