CN101652020A - 一种高散热电路基板及其制造方法 - Google Patents

一种高散热电路基板及其制造方法 Download PDF

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蔡绮睿
蒋增钦
庞树军
杨鹏
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Abstract

本发明公开了一种高散热电路基板及其制造方法。所述高散热电路基板包括：一导电线路层，可供放置至少一电子组件，且其上具有线路以连接所述电子组件；一绝缘层，位于所述导电线路层的一侧；以及一石墨导热层，置于所述绝缘层的一侧，可将所述电子组件所产生的热均匀散出。所述高散热电路基板的制造方法，包括下列步骤：第一步：使用一金属物质或其合金制作一导电线路层；第二步：于所述导电线路层上形成至少一线路；第三步：使用一绝缘物质制作一绝缘层；第四步：将一石墨导热层接合于所述绝缘层的另一侧。本发明的高散热电路基板及其制造方法的导热层使用石墨材料，除可降低制造成本外，亦可将热均匀散出，以增加散热速率等优点。

Description

一种高散热电路基板及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及电路板及制作方法领域，特别涉及一种高散热电路基板及其制造方法。
【背景技术】
随着石油价格的不断高涨，因此兴起了一股节能省碳的风气，以祈能降低能源的消耗，并可减缓地球暖化的速度。
为求节能省碳，各国厂商无不卯足权利推出各种节能省碳的产品，例如汽车制造商推出油电混合车或电动汽车；而电器厂商则推出各种环保电器或灯具，其中，最为大家所看好的即为发光二极管灯具，如发光二极管路灯或发光二极管灯泡。据研究，使用发光二极管路灯或发光二极管灯泡可大量降低耗电量，如此即可达到节能省碳的目的。
一般发光二极管路灯或发光二极管灯泡系使用高亮度发光二极管，其成本相较于传统灯具相对昂贵，且于使用时，高亮度发光二极管会产生大量热，若散热不良，将会导致高亮度发光二极管烧毁。
因此，一般发光二极管灯具的电路板上皆会具有一导热层，藉由该导热层可将发光二极管所产生的热快速散热，以避免高亮度发光二极管烧毁。然而，传统的导热层是以铜或铝等金属材料所制成，具有下列缺点为：1.成本较高；2.热传导系数较低。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种高散热电路基板及其制造方法，其导热层使用石墨材料，以降低制造成本。
本发明的另一目的是提供一种高散热电路基板及其制造方法，其导热层使用石墨材料，可将热均匀散出，以增加散热速率。
本发明为了达到上述目的采用的技术方案是：提供一种高散热电路基板。所述高散热电路基板包括：一导电线路层，可供放置至少一电子组件，且其上具有线路以连接所述电子组件；一绝缘层，位于所述导电线路层的一侧；以及一石墨导热层，置于所述绝缘层的一侧，可将所述电子组件所产生的热均匀散出。
根据本发明所述的高散热电路基板一优选技术方案是：所述导电线路层由金、银、铜或其合金以印刷、贴合、热压、蒸镀或电镀方式所制成。
根据本发明所述的高散热电路基板一优选技术方案是：所述绝缘层是由高分子材料所制成，所述高分子材料为还氧树酯或含有玻璃纤维的环氧树酯。
根据本发明所述的高散热电路基板一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末所制成，所述陶瓷粉末为三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)或氮化硼(BN)材料。
根据本发明所述的高散热电路基板一优选技术方案是：所述电子组件为发光二极管。
根据本发明所述的高散热电路基板一优选技术方案是：所述石墨导热层进一步具有复数个鳍片。
根据本发明所述的高散热电路基板一优选技术方案是：所述石墨导热层表面进一步覆盖有一金属层，以防止所述石墨导热层粉化。
本发明为达到上述目的还提供了一种高散热电路基板的制造方法，包括下列步骤：
第一步：使用一金属物质或其合金制作一导电线路层；
第二步：于所述导电线路层上形成至少一线路；
第三步：使用一绝缘物质制作一绝缘层；
第四步：将一石墨导热层接合于所述绝缘层的另一侧。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述导电线路层由金、银、铜或其合金以印刷、贴合、热压、蒸镀或电镀方式所制成。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由高分子材料所制成，其可以贴合及热压方式与所述石墨导热层接合，所述高分子材料为还氧树酯或含有玻璃纤维的环氧树酯。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用可溶解所述陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，将所述陶瓷粉末完全或部分溶解在这些载体中，并先均匀印刷或涂布在所述石墨散热层上以与所述石墨散热层接合，其中，所述陶瓷粉末为三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)或氮化硼(BN)，所述酸性溶液为硝酸、盐酸或磷酸。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用可溶解所述陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，并用高温将所述载体蒸发掉，形成所述绝缘层与石墨散热层接合。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用可溶解所述陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，用高温热压的方法先将所述载体蒸发掉，并形成所述绝缘层与所述石墨散热层紧密的接合。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用相对应的碱性溶液将所述酸性载体中和后，原本溶解在所述酸性载体的陶瓷粉被释放出来并且结合成一薄膜层，用高温将所述载体蒸发掉，以形成所述绝缘层与所述石墨散热层接合，其中，所述碱性溶液为氢氧化钠。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用相对应的碱性溶液将所述酸性载体中和后，原本溶解在所述酸性载体的陶瓷粉被释放出来并且结合成一薄膜层，用高温热压的方法先将所述载体蒸发掉，并形成所述绝缘层与石墨散热层紧密的接合，其中，所述碱性溶液为氢氧化钠。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用无法溶解所述陶瓷材料的液体作为载体，并将的均匀印刷或涂布在所述石墨散热层上，然后，用第一段高温将所述载体蒸发掉，然后将温度升高到所述陶瓷粉软化的温度为第二段高温，在此温度下陶瓷粉会相互结合形成所述绝缘层与所述石墨散热层接合，其中，所述液体为纯水。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用高温热压的方法先将温度升到第一段高温将所述载体蒸发掉，然后将温度升高到陶瓷粉软化的温度为第二段高温，在此温度下陶瓷粉会相互结合并形成所述绝缘层与所述石墨散热层紧密的接合。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述第四步进一步包括：为防止石墨导热层在高温下氧化，在所述石墨导热层高温的加工过程中使用惰性气体作为保护气体，以防止氧化的步骤，其中所述惰性气体为氮气。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述高散热电路基板的制造方法进一步包括于所述石墨导热层表面上形成复数个鳍片的步骤，以增加所述石墨导热层的散热速率。
根据本发明所述的高散热电路基板的制造方法一优选技术方案是：所述高散热电路基板的制造方法进一步包括于所述石墨导热层表面上覆盖有一金属层的步骤，以防止所述石墨导热层粉化。
本发明的高散热电路基板及其制造方法的导热层使用石墨材料，除可降低制造成本外，亦可将热均匀散出，以增加散热速率等优点。
【附图说明】
图1是本发明实施例的高散热电路基板的剖视图；
图2是本发明实施例的高散热电路基板进一步具有复数个鳍片的剖视图；
图3是本发明实施例的高散热电路基板的制造方法的流程示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请一并参照图1至图2，其中，图1是本发明实施例的高散热电路基板的剖视图；图2是本发明实施例的高散热电路基板进一步具有复数个鳍片的剖视图。
如图所示，本发明实施例的高散热电路基板1，包括：一导电线路层10；一绝缘层20；以及一石墨导热层30。
其中，该导电线路层10可供放置至少一电子组件40，例如但不限于为一高亮度发光二极管的芯片，且其上具有线路(图未示)以连接该电子组件40。该导电线路层10例如但不限于由金、银、铜或其合金以印刷、贴合、热压、蒸镀或电镀方式所制成。且该线路层的线路例如但不限于以蚀刻的方式形成，其为现有技术且非本案的重点，故在此不拟赘述。
该绝缘层20位于该导电线路层10的一侧，例如但不限于为下侧。该绝缘层20例如但不限于是由高分子材料所制成，该高分子材料为还氧树酯(epoxy)或含有玻璃纤维的环氧树酯。或者该绝缘层20亦可由陶瓷粉末所制成，该陶瓷粉末例如但不限于为三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)或氮化硼(BN)。
该石墨导热层30，是由石墨材料所制成，置于该绝缘层20的一侧，例如但不限于为下侧，可将该电子组件40所产生的热均匀散出。如上所述，铜的热传导系数K为360W/MK，铝的热传导系数K为270W/MK，而石墨为结晶材料，其X-Y轴方向的热传导系数K为400W/MK以上，Z轴方向的热传导系数K为70至80W/MK，且其结晶愈密时，热传导系数愈高，甚至可到达1000W/MK以上，且其成本仅为铜或铝的1/2至1/3，因此本发明的石墨导热层30可以非常有效的将该电子组件40所产生的热量由一个点扩散到一个面，如此后续的散热器就可更有效的利用；此外，由于石墨材料为黑色，本身即具有热辐射的能力。因此，本发明的高散热电路基板1使用石墨导热层30除可降低制造成本外，亦可将该电子组件40所产生的热均匀且迅速散出，以避免该电子组件40因高温而烧毁。因此，本发明的高散热电路基板1相较于现有的高散热电路基板确实具有进步性。
如图2所示，本发明的高散热电路基板1的石墨导热层30的表面进一步具有复数个鳍片35，以增加其散热面积及加速其散热效率。此外，该石墨导热层30易碎且易形成粉末，因此，本发明于该石墨导热层30的表面进一步覆盖有一金属层36，以防止该石墨导热层30粉化。于使用时，该电子组件40所产生的热量可均匀散布于该石墨导热层30的表面上，然后经由复数个鳍片35的热辐射以及大面积与空气进行热交换，以达快速散热的目的。
请参照图3，图3是本发明实施例的高散热电路基板的制造方法的流程示意图。
如图所示，本发明的高散热电路基板的制造方法，其包括下列步骤：使用一金属物质或其合金制作一导电线路层10(步骤1)；于该导电线路层10上形成至少一线路(步骤2)；使用一绝缘物质制作一绝缘层20(步骤3)；以及将一石墨导热层30接合于该绝缘层20的另一侧(步骤4)。
于该步骤1中，使用一金属物质或其合金制作一导电线路层10；其中，该导电线路层10例如但不限于由金、银、铜或其合金以印刷、贴合、热压、蒸镀或电镀方式所制成。且该线路层的线路例如但不限于以蚀刻的方式形成，其为现有技术且非本案的重点，故在此不拟赘述。
于该步骤2中，于该导电线路层10上形成至少一线路；其中，该线路(图未示)例如但不限于以蚀刻的方式形成。
于该步骤3中，使用一绝缘物质制作一绝缘层20；其中，该绝缘物质为高分子材料或陶瓷粉末，材料不同，该绝缘层20与该石墨导热层30的接合方式也不同。例如当该绝缘物质为高分子材料，例如但不限于为还氧树酯或含有玻璃纤维的环氧树酯，其可以贴合及热压方式将该绝缘层20与该石墨导热层30接合。
当该绝缘物质为陶瓷粉末，例如但不限于为三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)或氮化硼(BN)时，其可使用可溶解该陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，将该陶瓷粉末完全或部分溶解在这些载体中，并先均匀印刷或涂布在该石墨散热层30上与该石墨散热层30接合。其中，该酸性溶液例如但不限于为硝酸、盐酸或磷酸。
或者，当该绝缘物质为陶瓷粉末时，其可使用可溶解该陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，并用高温将该载体蒸发掉，形成该绝缘层20与石墨散热层30接合。
或者，当该绝缘物质为陶瓷粉末时，其可使用可溶解该陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，用高温热压的方法先将该载体蒸发掉，并形成该绝缘层20与该石墨散热层30紧密的接合。
或者，当该绝缘物质为陶瓷粉末时，其可使用相对应的碱性溶液将该酸性载体中和后，原本溶解在该酸性载体的陶瓷粉被释放出来并且结合成一薄膜层(图未示)，用高温将该载体蒸发掉，以形成该绝缘层20与该石墨散热层30接合，其中，该碱性溶液例如但不限于为氢氧化钠。
或者，当该绝缘物质为陶瓷粉末时，其可使用相对应的碱性溶液将该酸性载体中和后，原本溶解在该酸性载体的陶瓷粉被释放出来并且结合成一薄膜层，用高温热压的方法先将该载体蒸发掉，并形成该绝缘层20与石墨散热层30紧密的接合，其中，该碱性溶液例如但不限于为氢氧化钠。
或者，当该绝缘物质为陶瓷粉末时，其可使用无法溶解该陶瓷材料的液体作为载体，并将的均匀印刷或涂布在该石墨散热层30上，然后，用第一段高温将该载体蒸发掉，然后将温度升高到该陶瓷粉软化的温度为第二段高温，在此温度下陶瓷粉会相互结合形成该绝缘层20与该石墨散热层30接合，其中，该液体例如但不限于为纯水。
或者，当该绝缘物质为陶瓷粉末时，其可使用高温热压的方法先将温度升到第一段高温将该载体蒸发掉，然后将温度升高到陶瓷粉软化的温度为第二段高温，在此温度下陶瓷粉会相互结合并形成该绝缘层20与该石墨散热层30紧密的接合。
于该步骤4中，将一石墨导热层30接合于该绝缘层20的另一侧，其接合方式可参考上述步骤3的说明。此外，于步骤4中，为防止石墨导热层在高温下氧化，在该石墨导热层30高温的加工过程中使用惰性气体作为保护气体，以防止氧化，其中该惰性气体为氮气。
此外，本发明的高散热电路基板的制造方法进一步包括于该石墨导热层10表面上形成复数个鳍片35的步骤5，该复数个鳍片35可增加与空气进行热交换的面积，因此，可增加其散热效率。
此外，本发明的高散热电路基板的制造方法进一步包括于该石墨导热层30表面上覆盖有一金属层36的步骤6，以防止该石墨导热层30粉化。
综上所述，本发明的高散热电路基板的实施，其导热层使用石墨材料，除可降低制造成本外，亦可将热均匀散出，以增加散热速率等优点。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种高散热电路基板，其特征在于：所述高散热电路基板包括：
一导电线路层，可供放置至少一电子组件，且其上具有线路以连接所述电子组件；
一绝缘层，位于所述导电线路层的一侧；以及
一石墨导热层，置于所述绝缘层的一侧，可将所述电子组件所产生的热均匀散出。
2.根据权利要求1所述的高散热电路基板，其特征在于：所述导电线路层由金、银、铜或其合金以印刷、贴合、热压、蒸镀或电镀方式所制成。
3.根据权利要求1所述的高散热电路基板，其特征在于：所述绝缘层是由高分子材料所制成，所述高分子材料为还氧树酯或含有玻璃纤维的环氧树酯。
4.根据权利要求1所述的高散热电路基板，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末所制成，所述陶瓷粉末为三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)或氮化硼(BN)材料。
5.根据权利要求1所述的高散热电路基板，其特征在于：所述电子组件为发光二极管。
6.根据权利要求1所述的高散热电路基板，其特征在于：所述石墨导热层进一步具有复数个鳍片。
7.根据权利要求1所述的高散热电路基板，其特征在于：所述石墨导热层表面进一步覆盖有一金属层，以防止所述石墨导热层粉化。
8.一种高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述高散热电路基板的制造方法包括下列步骤：
A.使用一金属物质或其合金制作一导电线路层；
B.于所述导电线路层上形成至少一线路；
C.使用一绝缘物质制作一绝缘层；
D.将一石墨导热层接合于所述绝缘层的另一侧。
9.根据权利要求8所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述导电线路层由金、银、铜或其合金以印刷、贴合、热压、蒸镀或电镀方式所制成。
10.根据权利要求8所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由高分子材料所制成，其可以贴合及热压方式与所述石墨导热层接合，所述高分子材料为还氧树酯或含有玻璃纤维的环氧树酯。
11.根据权利要求8所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用可溶解所述陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，将所述陶瓷粉末完全或部分溶解在这些载体中，并先均匀印刷或涂布在所述石墨散热层上以与所述石墨散热层接合，其中，所述陶瓷粉末为三氧化二铝、氮化铝、碳化硅或氮化硼，所述酸性溶液为硝酸、盐酸或磷酸。
12.根据权利要求11所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用可溶解所述陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，并用高温将所述载体蒸发掉，形成所述绝缘层与石墨散热层接合。
13.根据权利要求11所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用可溶解所述陶瓷粉末的酸性溶液作为载体，用高温热压的方法先将所述载体蒸发掉，并形成所述绝缘层与所述石墨散热层紧密的接合。
14.根据权利要求11所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用相对应的碱性溶液将所述酸性载体中和后，原本溶解在所述酸性载体的陶瓷粉被释放出来并且结合成一薄膜层，用高温将所述载体蒸发掉，以形成所述绝缘层与所述石墨散热层接合，其中，所述碱性溶液为氢氧化钠。
15.根据权利要求11所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用相对应的碱性溶液将所述酸性载体中和后，原本溶解在所述酸性载体的陶瓷粉被释放出来并且结合成一薄膜层，用高温热压的方法先将所述载体蒸发掉，并形成所述绝缘层与石墨散热层紧密的接合，其中，所述碱性溶液为氢氧化钠。
16.根据权利要求11所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用无法溶解所述陶瓷材料的液体作为载体，并将的均匀印刷或涂布在所述石墨散热层上，然后，用第一段高温将所述载体蒸发掉，然后将温度升高到所述陶瓷粉软化的温度为第二段高温，在此温度下陶瓷粉会相互结合形成所述绝缘层与所述石墨散热层接合，其中，所述液体为纯水。
17.根据权利要求11所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述绝缘层是由陶瓷粉末，然后使用高温热压的方法先将温度升到第一段高温将所述载体蒸发掉，然后将温度升高到陶瓷粉软化的温度为第二段高温，在此温度下陶瓷粉会相互结合并形成所述绝缘层与所述石墨散热层紧密的接合。
18.根据权利要求8所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述步骤D进一步包括：为防止石墨导热层在高温下氧化，在所述石墨导热层高温的加工过程中使用惰性气体作为保护气体，以防止氧化的步骤，其中所述惰性气体为氮气。
19.根据权利要求8所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述高散热电路基板的制造方法进一步包括于所述石墨导热层表面上形成复数个鳍片的步骤，以增加所述石墨导热层的散热速率。
20.根据权利要求8所述的高散热电路基板的制造方法，其特征在于：所述高散热电路基板的制造方法进一步包括于所述石墨导热层表面上覆盖有一金属层的步骤，以防止所述石墨导热层粉化。
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