专利名称：具有高散热与高导热特性的电路基板及电路板的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电路基板的制造方法，特别是涉及一种具有高散热与高导热特性的电路基板及电路板的制造方法。
背景技术：
一般而言，设置于电路板上的电子元件在运作时皆会产生废热，如果没有适当地进行散热，使电子元件及电路板维持在正常工作温度，那么过热的工作温度会导致电子元件的特性改变，使电子元件无法达到预期的工作效能，更严重者将会大幅影响电子元件的使用寿命。特别是现今电子元件都是朝向高功率方向发展，同时，高功率的发光元件，如发光二极管(LED)，不但功率更大，产生的废热也更多，也因此，现有的电路板需要更快速的散 热能力。而目前的印刷电路板，例如FR4印刷电路板、或是发展中的金属芯印刷电路板(即业界所称MCPCB)，仍是多以环氧树脂等有机高分子材料为电路板中绝缘材料的主要构成，但环氧树脂、高分子材料的热传导率低，且在长期的光照射下亦有劣化的问题产生，所以现有的印刷电路板渐渐不足以负载此类发热温度高但又对于温度敏感的电子元件。此外，由于环氧树脂等类的有机高分子材料在制造过程或后续回收处理的作业对于环境的污染较大，以及目前的印刷电路板的电路都是以铜箔(及/或铝箔)经过酸洗，借此蚀刻掉部分的铜箔而成预定电路图案，蚀刻后产生的酸废液不仅带有金属离子造成严重的环保污染问题，且蚀刻掉的金属也无法简易地回收再使用而浪费大量的金属，故，目前的印刷电路板有需要加以改良，且在增进导热、散热性的前提下兼顾环保问题，降低制程中对环境或人体的危害性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有散热及导热佳的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法。本发明具有散热及导热佳的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法包含以下步骤。(A)混合氮化硼粉末与一种具有硅、铝、锆的无机结合剂而制得一个绝缘涂料。(B)将该绝缘涂料涂布于一个由金属或合金其中之一为材料构成的底材上并经温度固化后成一层绝缘层。(C)用导电材料于该绝缘层上形成一层具有预定电路布局的电路图案，制得一个具有高散热与高导热特性的电路基板。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明所述具有散热及导热佳的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法中，该步骤(B)是于30°C 300°C的环境中进行100分钟 150分钟的温度固化。本发明所述具有散热及导热佳的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法中，该步骤(C)中是使用导电浆料以网版印刷的方式在该绝缘层上形成该电路图案，且该导电浆料是选自微量低温银浆、微量低温铜浆，或此等之一组合。本发明所述具有散热及导热佳的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法中，该步骤(C)中的导电材料是选自金、银、铜、镍、钯，或此等之一组合为材料，并以溅镀金属的方式在该绝缘层上形成该电路图案。本发明所述具有散热及导热佳的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法中，该步骤(A)中的无机结合剂还包括有钛元素。本发明所述具有散热及导热佳的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法中，该步骤(B)中的底材是选自铜、铝，及其此等之一组合为材料构成。此外，本发明的另一个目的在于提供一种散热及导热佳且制作简便的具有高散热 与高导热特性的电路板的制造方法。该制造方法使用了上述所制得的具有高散热与高导热特性的电路基板，其特征在于该方法包含一个步骤(D)，将至少一个电子元件设置于该电路基板的电路图案的预定位置上并与该电路图案形成电连接。较佳地，该步骤(D)中是先在该电路图案的预定位置点上银浆或银铜浆后再将该电子元件黏设至该电路图案上。较佳地，该步骤(D)中的电子元件是发光二极管。本发明的有益效果在于配合该绝缘涂料的使用在该底材上形成该导热佳、结合性质良好的绝缘层，并再以导电浆料印刷或金属溅镀形成该电路图案，不仅令所制得的电路基板导热、散热效率有效地提升，且以印刷或溅镀形成电路的方式不仅快速，亦无传统蚀刻所产生的金属污染，使得本发明整体制程效率高且低污染而制作出一具有高散热与高导热特性的电路基板及电路板。
图I是流程图，说明本发明具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法的一个较佳实施例；图2是剖视示意图，说明以该较佳实施例所制得的具有高散热与高导热特性的电路基板而成的发光装置；图3是立体示意图，说明该较佳实施例中的底材与绝缘层；图4是立体示意图,说明该较佳实施例中的底材、绝缘层,及电路图案。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。参阅图1、2，本发明一种具有高散热与高导热特性的电路板的制造方法的一个较佳实施例是制造出具有高散热与高导热特性的电路基板，并将电子元件5固接于电路基板上。首先进行步骤11，混合氮化硼(BN)粉末与一种具有硅(Si)、铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)元素的无机结合剂而制得一个绝缘涂料。详细地说，本步骤11是以氮化硼粉末占整体重量百分比为5wt% 30wt%，该无机结合剂占70wt% 95wt%，该无机结合剂中的硅、铝、钛、锆成氧化物状态且其中铝、钛、锆元素占整体无机结合剂不超过2%而调制得到该绝缘涂料，借由氮化硼粉末高导热的特性，配合铝、钛等元素来增进与金属或合金材料的附着力，以及足够多的硅形成氧化物构成材料层的主体结构而提供绝缘的效果，而能于后续施作时，达到与金属或合金材料的良好结合，以及绝缘、快速传导热能的目的。补充说明的是，目前已知使用氮化硼材料作为导热/散热层时，有两种实施方式，一是借着在物体表面形成结晶而令原本平滑表面成不规则的片状、增加接触空气的面积来达成较佳的散热效果，但此种方式氮化硼与基材表面的结合力并不稳固、致密度亦不足而容易剥离、损坏；另一种方式则是在高分子聚合物中填充少部分的氮化硼微粒作为导热的途径，但仍会存在高分子导热不足、耐热性质不佳的缺点；而本发明利用含硅、铝、钛、锆的无机结合物与氮化硼混合制得的绝缘涂料配合以下的固化制程令本发明可克服上述氮化硼应用上的不足。配合参阅图3，接着进行步骤12，将该绝缘涂料涂布在一个底材2上，并经温度固化而使涂布的绝缘涂料形成一层绝缘层3 ;其中，该底材2是以金属或合金其中之一为材料 构成而具有良好的导热、散热特性，较佳地，是以铜金属或铝金属为主要材料所构成，一般在成本考虑下是以铝金属为首选；另外，绝缘材料涂布于底材2后加温固化的过程中，若环境温度太高或置放时间太久，会使得形成的绝缘层3材质变脆，且表面亦有针孔形成而不平整，若环境温度太低或置放时间不够，则容易导致形成的绝缘层3中会有水分或溶剂残留，影响绝缘层3的机械及物理性质，令可靠度大幅下降，所以较佳的是在加工制造过程置放于30°C 300°C的环境中进行100分钟 150分钟的温度固化。配合参阅图4，再来进行步骤13，用导电浆料于该绝缘层3上以网版印刷方式形成一个具有预定电路布局的电路图案4。更详细地说，是使用微量低温银浆、低温铜浆，或银铜浆以网版印刷的方式于该绝缘层3上形成该电路图案4，且在该电路图案4上预定有供电子元件5设置的电连接点位置，而制得一具有高散热与高导热特性的电路基板。在上述较佳实施例的步骤13中虽是以导电浆料配合网版印刷的方式来形成该电路图案4，但补充说明的是，本发明形成该电路图案4的技术特征是利用导电材料不经过蚀刻酸洗的制程而于该绝缘层3上形成该具有预定电路布局的电路图案4，制得该具有高散热与高导热特性的电路基板；当然除了本较佳实施例中所使用的网版印刷方式外，也可以利用金属或合金材料(例如金、银、铜、镍、钯)经溅镀金属的制程在该绝缘层3上形成该电路图案4作为实施方式，而网版印刷、金属溅镀的制程是业界已熟知的技术，故不在此多加赘述。最后进行步骤14，将至少一电子元件5设置于该形成有默认电连接点位置的电路图案4上，且电连接于该电路图案4，而令该电子元件5能借由该电路图案4获得外部电能作动。特别补充的是，本较佳实施例中的电子元件5是以高功率的发光二极管为实施说明，并配合自动化的操作(例如贴片机的使用)将多个的发光二极管相对应放置于该电路图案4的预定位置并形成电连接，更详细地说，先在该电路图案4上预定电连接点的位置点上银浆或银铜浆，再将所述发光二极管贴置黏固，借银浆或银铜浆使所述发光二极管电连接并固设于该电路图案4上而成一个发光装置。当然，配合不同的电子元件5的设置或用途设计，也能形成如高功率电路模组、中央处理器(CPU)、电热器等等，此为本发明之后续应用，故在此不一一详细介绍。
由上述说明可知，本发明在制造过程中以该绝缘涂料在该导热、散热良好的金属或合金的底材2上固化形成该绝缘层3，且再利用导电浆料以简易方便的网版印刷方式、或金属溅镀方式形成该电路图案4，让散热的底材2、高导热的绝缘层3，及具有电路布局的电路图案4彼此良好的接合而形成该具有极佳的导热特性的电路基板，而设置于该电路基板上的电子元件5在供电作动时所产生的热，经由该电路图案4传向该绝缘层3，并再由该导热效率高的绝缘层3快速地导向该散热性极佳的金属或合金的底材2而被导离逸散至外界，大幅改善电路基板的散热效率，并降低电子元件5本身的作动温度，避免电子元件5受高热而影响本身的作动与工作寿命。除此之外，以本较佳实施例制备的绝缘涂料固化形成的绝缘层3，不仅与该底材2的结合性良好而能平整服贴于该底材2上，不易破裂、崩离该底材2，并能通过4000伏特的耐电压测试而兼具机械性质与化学性质的优异性；且因为本发明是以导电材料配合网版印刷或溅镀方式形成于该电路图案4及其上的预设电连接点(本较佳实施例中是使用网版印刷与导电浆料-低温银浆的做法做为说明)，因此可配合自动化操作将多个电子元件5以贴黏的方式直接固接于电路基板上，使整体作业流程更为简捷，又因不必通过以往人工焊接 的手段，更可避免因焊接高温而毁损电子元件5，能有效降低不良品发生率，另于制造作业上也不必过度仰赖具丰富经验的人力，而能降低包括元件、人工等所需的制造成本。综上所述，本发明具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法，先借由该绝缘涂料的使用，在该散热良好的底材2上形成该具良好结合性的绝缘层3而令整体形成一个具有高散热、高导热特性的材料基底，并再利用导电材料形成该电路图案4而制得该令电子元件5接合更简便且兼具高散热与高导热特性的电路基板，因此，不仅可快速地将该电子元件5作动时产生的废热经由此电路基板快速导离电子元件5以提升整体散热效率，且相对于以往使用有机高分子作为绝缘材料，本发明利用无机材料为绝缘层3的主要结构，降低有机材料对环境污染的影响，同时也解决了传统的环氧树脂在光照下易发生劣化、耐热性不足的问题；还有，相对传统的高温焊锡接合或酸洗铜形成电路图案的制程，本发明的制造成本不仅更低、更环保并减少高温制程的风险又能改善其成品整体的功能特性，故确实能达成本发明之目的。
权利要求
1.一种具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法，其特征在于该方法包含以下步骤(A)混合氮化硼粉末与一种具有硅、铝、锆的无机结合剂而制得一个绝缘涂料；(B)将该绝缘涂料涂布于一个由金属或合金其中之一为材料构成的底材上并经温度固化后成一层绝缘层；(C)用导电材料于该绝缘层上形成一层具有预定电路布局的电路图案，制得一个具有高散热与高导热特性的电路基板。
2.根据权利要求I所述的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法，其特征在于该步骤(B)是于30°C 300°C的环境中进行100分钟 150分钟的温度固化。
3.根据权利要求2所述的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法，其特征在于该步骤(C)中是使用导电浆料以网版印刷的方式在该绝缘层上形成该电路图案，且该导电浆料是选自微量低温银浆、微量低温铜浆，或此等之一组合。
4.根据权利要求2所述的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法，其特征在于该步骤(C)中的导电材料是选自金、银、铜、镍、钯，或此等之一组合为材料，并以溅镀金属的方式在该绝缘层上形成该电路图案。
5.根据权利要求2所述的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法，其特征在于该步骤(A)中的无机结合剂还包括有钛元素。
6.根据权利要求5所述的具有高散热与高导热特性的电路基板的制造方法，其特征在于该步骤(B)中的底材是由铜、铝，或其等之一组合为材料构成。
7.一种具有高散热与高导热特性的电路板的制造方法，使用根据权利要求I至6任一项所制得的具有高散热与高导热特性的电路基板，其特征在于该方法包含一个步骤(D)，将至少一个电子元件设置于该电路基板的电路图案的预定位置上并与该电路图案形成电连接。
8.根据权利要求7所述的具有高散热与高导热特性的电路板的制造方法，其特征在于该步骤(D)中是先在该电路图案的预定位置点上银浆或银铜浆后再将该电子元件黏设至该电路图案的预定位置上。
9.根据权利要求8所述的具有高散热与高导热特性的电路板的制造方法，其特征在于该步骤(D)中的电子元件是发光二极管。
全文摘要
一种具有高散热与高导热特性的电路基板及电路板的制造方法，首先是混合氮化硼粉末与具有硅、铝、锆的无机结合剂而制得一种绝缘涂料；接着，将该绝缘涂料涂布于金属或合金构成的底材再加温固化形成与该底材呈良好结合且导热性佳的绝缘层；再来是用导电材料于绝缘层上以网版印刷方式或溅镀形成具有预定电路布局的电路图案，制得具有高散热与高导热特性的电路基板，借由该导热性佳且与底材良好结合的绝缘层而能将电连接于该电路图案的电子元件在作动时所产生的热能快速地导向底材，达到导热快、散热速率佳的效果。
文档编号H05K1/03GK102724806SQ201210203310
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者田宝祥 申请人:田宝祥