专利名称：用于光学装置的金属基电路衬底及制造前述衬底的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光学装置的金属基电路衬底，和一种制造前述衬底的方法。更具体说，本发明涉及一种金属基电路衬底，适合与LED模块或类似光学装置结合使用，并有效地反射产生的光和从前述衬底辐射热。本发明还涉及一种有效的方法，用于制造具有前述性质的衬底。
背景技术：
电子装置的集成度、密度、和工作频率的不断提高，激励着目的在于有效地通过辐射，排出该种装置工作期间产生的热的电路衬底的研究开发。为了有效地辐射，必需解决一些问题，诸如降低制造电路衬底的材料的热阻，降低电路衬底材料与绝缘材料之间的热阻，和降低绝缘材料与电极材料之间的热阻。例如，已经建议，为解决上述问题，通过在由高导热系数金属，如铜或铝制成的基本衬底表面上，形成包含高导热系数填充物的热塑料或可高温硬化树脂的绝缘层，然后在绝缘层上用金属箔通过热压形成电路元件(见日本公开的专利申请公告(Kokai)(本文此后称为“Kokai”)Hei 7-320538，Kokai Hei8-264912，Kokai 2002-322372，和Kokai 2003-229508)。另一方面，为了改进电路衬底的应力弛豫性质，建议通过分层结构的绝缘层，在金属基衬底上涂敷电路元件，生产一种金属基电路衬底，其中的分层结构的绝缘层有许多橡胶复合物及树脂复合物的子层(见Kokai Hei11-150345)。
但是，前述类型的金属基电路衬底，似乎仍然不适合与诸如LED模块等光学装置结合使用，因为支承该种模块的衬底，应能有效地反射LED产生的光，和通过辐射排出LED产生的热。
本发明的一个目的，是提供一种金属基电路衬底，适合与诸如LED模块等光学装置结合使用，因为它能有效地反射LED产生的光，和通过辐射排出LED产生的热。另一个目的，是提供一种有效地制造前述金属基电路衬底的方法。
发明内容
按照本发明制造的金属基电路衬底，包括铝或铝合金的金属基衬底，通过绝缘层支承电路，其中的绝缘层由透明的交联有机硅体制成，而电路直接形成在绝缘层上。
本发明的一种制造用于光学装置的金属基电路衬底的方法，包括如下步骤a)在铝或铝合金制成的金属基衬底表面之上，涂敷可交联的有机硅；b)使所述有机硅交联，据此由透明的交联的有机硅体形成绝缘层；和之后c)或者通过(i)，用电解或非电解镀形成导电层及随后的蚀刻，或者通过(ii)，用导电性油墨印刷，在所述绝缘层上直接形成电路。
本发明的支承光学装置的金属基电路衬底，能在前述装置的工作期间，有效地反射该光学装置，如LED模块产生的光，并通过辐射，有效地排出前述光学装置，如LED模块产生的热。本发明还能有效地制造前述金属基电路衬底。
图1是本发明结合光学装置使用的金属基电路衬底的断面视图。
图2是本发明结合光学装置使用的金属基电路衬底另一个实施例的断面视图。
参考数字1金属基衬底2绝缘层1
3电路4绝缘层具体实施例方式首先更详细地解释本发明的支承光学装置的金属基电路衬底。
在本发明电路衬底中使用的金属基衬底，是由铝或铝合金制成。这些材料由于它们优良的可加工性、低成本、和低的重量，最适合用作便携式装置的电路衬底。此外，因为铝对从紫外光到可见光范围的光，有高的反射率，即使在凹面镜的情形下，它也可以提供高的外部辐射。因此，铝不但适合与透镜型LED模块结合使用，而且适合与反射型LED模块结合使用，该反射型LED模块以高的发光强度为特征。铝还对光谱的紫外范围的光，有高的反射率。因此，铝基衬底也适合与采用紫外线光发射元件的透镜型LED模块结合使用，或者与反射型紫外线LED模块结合使用。对金属基衬底的厚度没有限制，但推荐有0.15到5.0mm的厚度，最好是0.5到3.0mm。
本发明电路衬底的绝缘层，由透明的交联有机硅构成。适合形成绝缘层的交联有机硅，可以用加成反应、缩合反应、或紫外辐射作用下引起的有机硅可交联表示。因为这种有机硅可以形成高硬度的交联有机硅体，可以用它们形成可交联的树脂。作为例子，这种可交联的树脂可以举出硅键的含氢原子笼型倍半硅氧烷、由双官能硅氧烷单元和三官能硅氧烷单元构成的DT型有机硅树脂。为了改进粘合性质和对金属基衬底的粘合，可交联的硅氧烷可以与偶联剂，诸如硅烷偶联剂、钛偶联剂等组合。
对透过构成绝缘层的交联有机硅体的光透射率，没有特殊的限制，只要该体的整个厚度都是透明的。但是，在从紫外到可见的光谱范围内，例如在380nm波长上，通过交联有机硅体的光透射率，建议不低于80％，最好不低于90％。在该条件下，本发明的电路衬底变成适合与LED模块一起使用，因为从LED发射的光，将有效地被金属基电路衬底反射。此外，对交联有机硅体的介电常数没有特殊限制，但因为随着电子装置工作频率的增加，使信号延时变得更为困难，所以建议介电常数不大于4.0，可取的是不大于3.5，更为可取的是不大于3.0。对交联有机硅体的硬度也没有限制，但一般地说，按JIS K5600-5-41999“Testing Method for Paints-Scratching Hardness(Pencil Hardness Method)”(日本工业标准K 5600-5-41999“对涂料的测试方法一刻痕硬度”(铅笔硬度方法))，其铅笔硬度不小于2H。
对绝缘层的厚度没有特殊限制。但是，为了提供满意的绝缘性质和满意的热辐射性质，厚度不宜超过10μm，最好是在1到5μm之间。如果绝缘层太薄，将难以改进电路元件的粘合性。相反，如果绝缘层太厚，则将有损电路衬底的辐射性质。
本发明的电路衬底的一个显著特性是，电路是在绝缘层之上直接形成。这一途径使它能降低电路元件与绝缘层之间的热阻。例如，通过电解或非电解镀在绝缘层表面形成导电层及随后的蚀刻，或者用导电性油墨，把导电元件印刷在绝缘层上，可以在绝缘层之上直接形成电路。
必要时，为保护电路衬底免受污染和改进其防潮性质，电路元件可以涂覆另一层透明绝缘层。对该绝缘层没有特殊限制。该层可以是交联的、非交联的、弹性的、或刚性的。对可以形成该绝缘层的材料，同样没有特殊限制。例如，该层可以用与首次说明的绝缘层相同的可交联有机硅制成。此外，为保护免受污染和损坏，在电路衬底没有绝缘层的一侧，也可以用保护膜涂覆。如有需要，保护膜可以在必要时消除。
下面更详细地说明制造用于支承光学装置的本发明金属基电路衬底的方法。
按照该方法，由铝或铝合金制造的金属基电路衬底表面，首先用可交联有机硅涂覆。可交联有机硅可以是上述那些可交联有机硅之一。对有机硅的涂敷工序，没有特殊限制，本领域熟知的任何适当方法，都可用于这一操作。例如，可以用旋转涂布以获得均匀厚度的涂层膜。
下一步是使涂敷层交联，形成透明的交联有机硅体，该有机硅体构成绝缘层。对交联过程没有特殊限制，但在热交联的情形中，建议处理温度在150℃到250℃的范围内。
上面已经说明，(i)通过电解或非电解镀及随后的蚀刻，或者(ii)用导电性油墨，把导电元件印刷在绝缘层上，可以直接在绝缘层上形成电路元件。
处理过程(i)能够通过电解镀、非电解镀、真空镀、或熔融镀完成。非电解镀更为可取，并可通过直接在绝缘层上形成银、铜、或另一种导电材料完成，或者，通过非电解镀，首先为导电层形成底层，其次通过电解镀，在前述的底层上形成银、铜等导电层，然后通过熟知的方法，诸如蚀刻方法，建立图形。
处理过程(ii)是通过漏空、网格、或丝网印刷，或者通过图像转印方法，或者喷墨，形成导电元件。这些方法也能实现把元件直接印刷在绝缘层上的形成方式。
上面已经说明，为保护免受污染或损坏，电路元件，以及没有前述绝缘层的金属基衬底，可以用保护膜涂覆。对能够制造该保护膜的材料，没有特殊限制。例如，它可以由上述相同的可交联有机硅制成。
例子 本发明用于支承光学元件的金属基电路衬底，和制造该衬底的方法，将更详细地进一步参照实际的及比较的例子说明。对评价本发明用于支承光学元件的金属基电路衬底使用的判据，说明如下。
可交联有机硅通过后面实际例子说明的方法，涂敷在铝衬底上，涂敷层在适当条件下交联，形成交联的有机硅透明体，然后，按照JIS K 5600-5-41999“Testing Method for Paints-ScratchingHardness(Pencil Hardness Method)”(日本工业标准K 5600-5-41999“对涂料的测试方法-刻痕硬度”(铅笔硬度方法))，测量获得的交联层的铅笔硬度。
从按实际的及比较的例子制作的金属基电路衬底中，切割出大小为10mm乘10mm的样品，然后，使用导热油脂(SC102，Dow Corning Toray Silicone Co.，Ltd的商标名)，借助树脂热阻测试仪(Hitachi Seisakusho Co.，Ltd的产品)，测量热阻。金属基电路衬底的热阻，根据前述测试仪对前述导热油脂测量的热阻校正值确定。
铝衬底用可交联有机硅，按与实际例子相同方式涂覆，然后在适当条件下使涂层材料交联，制成有机硅的透明体。交联涂层的介电常数是在1MHz下测量的。交联涂层的绝缘击穿强度，是由绝缘击穿电压确定的。
用按实际例子制作的可交联有机硅，涂覆在透明的玻璃板上，然后，在适当条件下使涂层材料交联，制成有机硅的透明体。透过交联有机硅涂层的光透射率，是用分光光度计(在380nm的波长上)测量的。
以光(波长在280到800nm的范围内)照射金属基电路衬底，用分光反射计测量初始的反射率。在经过150℃加热1000小时的老化后，进行相同的测量。
把伪白光的LED安装在金属基电路衬底上，而初始反射率在波长270到800nm上测量。LED支承衬底在经过150℃加热1000小时的老化后，在波长270到800nm上进行相同的测量。
按照下面的说明，制造图1所示金属基电路衬底。
把可交联有机硅树脂溶液(商标名Dow Corning ToraySilicone Co.，Ltd的AY42-170)滴在3mm厚、100mm长、和100mm宽的铝衬底上，然后，使涂覆的溶液旋转(初始旋转频率500rpm；旋转的主频率2000rpm)，制成涂层。把已涂覆的单元在热空气循环炉中以150℃热处理30分钟。结果，在铝衬底上形成交联有机硅透明体形式的绝缘层1。
在硝酸银氨水溶液中制备银络合物，然后，用10％的酒石酸钾钠溶液作还原溶液，使铝衬底经过非电解镀处理。用氯化铁水溶液蚀刻铝衬底上得到的镀银层，据此形成5μm厚的银电路元件。测量获得的铝基电路衬底的特征。测量结果示于表1。
按照下面的说明，制造图1所示金属基电路衬底。
把可交联硅键的含氢原子笼型倍半硅氧烷树脂溶液(商标名Dow Corning Corp.的FOx)滴在3mm厚、100mm长、和100mm宽的铝衬底上，然后，使涂覆的溶液旋转(旋转频率2000rpm)，制成涂层。把已涂覆的单元在热空气循环炉中以250℃热处理30分钟。结果，在铝衬底上形成交联有机硅透明体形式的绝缘层1。
通过漏空印刷，把热可交联有机硅型的导电粘合剂(有银填充物)，涂敷在铝衬底的绝缘层1上，形成需要的电路图形。然后，已涂覆的层在热空气循环炉中以150℃热处理30分钟，使之硬化。电路元件为10μm厚。
测量获得的铝基电路衬底的特征。测量结果示于表1。
按照下面的说明，制造图2所示金属基电路衬底。
把可交联有机硅树脂溶液(商标名Dow Corning ToraySilicone Co.，Ltd的SR2510)滴在3mm厚、100mm长、和100mm宽的铝衬底上，然后，使涂覆的溶液旋转(旋转频率1500rpm)，制成涂层。把已涂覆的单元在热空气循环炉中以150℃热处理30分钟。结果，在铝衬底上形成交联有机硅透明体形式的绝缘层1。
在硝酸银氨水溶液中制备银络合物，然后，用10％的酒石酸钾钠溶液作还原溶液，使铝衬底经过非电解镀处理。用氯化铁水溶液蚀刻铝衬底上得到的镀银层，据此形成5μm厚的银电路元件。用可交联有机硅树脂溶液(商标名Dow Corning Toray Silicone Co.，Ltd的AY42-170)涂覆绝缘层1和银电路元件，然后把已涂覆的单元在热空气循环炉中以150℃热处理30分钟。结果，在铝衬底上形成交联有机硅透明体形式的绝缘层2。
按照下面的说明，制造金属基电路衬底。
把有辐射性质的含铝绝缘有机硅型粘合剂(商标名DowCorning Toray Silicone Co.，Ltd的SE4450)，涂敷在3mm厚、100mm长、和100mm宽的铝衬底上。把35μm厚的铜箔铺在粘合剂层上，然后该单元在热空气循环炉中以150℃热处理1小时，从而使铜箔借助粘合性结合。
铜箔经过用氯化铁水溶液蚀刻，据此形成35μm厚的铜电路元件。测量获得的铝基电路衬底的特征。测量结果示于表1。有辐射性质的含铝绝缘有机硅型粘合剂，颜色是灰的，反射系数极端地低。
按照下面的说明，制造金属基电路衬底。
把按重量100份的Epikote 828(Japan Epoxy Resin Co.，Ltd产品)、按重量30份的Epikure 113(Japan Epoxy Resin Co.，Ltd产品)、和少量石英混合，制备双酚A型树脂复合物。
把制备的硬化树脂复合物，涂敷在铝衬底上，之后把35μm厚的铜箔铺在涂层上。把该单元在180℃下加热1小时，从而使铜箔借助粘合性结合。
铝衬底上的铜箔经过用氯化铁水溶液蚀刻，从而形成35μm厚的铜电路元件。测量获得的铝基电路衬底的特征。测量结果示于表1。获得的铝基电路衬底经过高温老化，该高温老化显著削弱衬底的绝缘性质和电路元件的导电性质。
表1 *单位kV/mm工业可应用性 因为本发明结合光学装置使用的金属基电路衬底，包括铝或铝合金的金属基衬底和透明的交联有机硅体绝缘层，衬底以优良的辐射性质为特征，并对发光元件发射的光有改进的照明效率。有鉴于以上所述，本发明的衬底适合用作LED模块的金属基电路衬底。
权利要求
1.一种用于光学装置的金属基电路衬底，包括用铝或铝合金制成的金属基衬底，通过绝缘层支承着电路，其中所述绝缘层由透明的交联有机硅体制成，而所述电路直接形成在所述绝缘层上。
2.按照权利要求1的用于光学装置的金属基电路衬底，其中所述绝缘层具有不超过10μm的厚度。
3.按照权利要求1的用于光学装置的金属基电路衬底，其中所述交联有机硅体的介电常数不超过4.0。
4.按照权利要求1的用于光学装置的金属基电路衬底，其中所述电路，或者通过蚀刻所述绝缘层上用电解或非电解镀形成的导电层形成，或者用导电性油墨把所述电路印刷在所述绝缘层上形成。
5.一种制造用于光学装置的金属基电路衬底的方法，包括如下步骤a)在铝或铝合金制成的金属基衬底表面之上，涂敷可交联的有机硅；b)使所述有机硅交联，据此由透明的交联的有机硅体形成绝缘层；和之后c)或者通过(i)，用电解或非电解镀形成导电层及随后的蚀刻，或者通过(ii)，用导电性油墨印刷，在所述绝缘层上直接形成电路。
全文摘要
一种用于光学装置的金属基电路衬底，它能有效地反射产生的光并从衬底辐射热，该衬底包括用铝或铝合金制成的金属基衬底，通过绝缘层支承着电路，其中的绝缘层由透明的交联有机硅体制成，而电路直接形成在绝缘层上。以及一种有效的制造前述衬底的方法，包括的步骤有a)在铝或铝合金制成的金属基衬底表面之上，涂敷可交联的有机硅；b)使所述有机硅交联，据此由透明的交联的有机硅体形成绝缘层；和之后c)或者通过(i)，用电解或非电解镀形成导电层及随后的蚀刻，或者通过(ii)，用导电性油墨印刷，在所述绝缘层上直接形成电路。
文档编号H05K3/06GK1934718SQ20058000834
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月8日 优先权日2004年3月17日
发明者中吉和己, 峰胜利, 小林昭彦 申请人:陶氏康宁东丽株式会社