CN101752489B - 电子零件封装模块以及电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种电子零件封装模块以及电气设备，提供一种可提高基板1和散热部件2的密接性以提高热导率，从而可以将作为电子零件4的LED4a所产生的热量有效释放的电子零件封装模块。在陶瓷制基板1的表面1a上封装LED4a，将基板1的背面1b侧配设在散热部件2上。使基板1和散热部件2之间插入具有高热导率以及柔软性的金属微粒膜3。本发明提高了基板和散热部件的密接性以提高热导率，从而可以将电子零件所产生的热量有效释放，非常适于实用。

Description

电子零件封装模块以及电气设备

技术领域

本发明涉及一种电子零件封装模块以及电气设备，特别是涉及一种封装着在运作时发热的电子零件的电子零件封装模块以及电气设备。

背景技术

通常，半导体元件等的电子零件会因通电时的自发热而产生寿命变短或特性变化的现象。特别是作为电子零件，发光二极管(Light EmittingDiode，LED)或者电致发光(Electroluminescence，EL)元件等发光元件，随着此元件的温度上升，而导致光输出下降并且也对寿命造成影响。因此，对于将LED或者EL元件等发光元件作为光源的照明装置，为了改善发光元件的寿命、效率的各种特性，而必须抑制发光元件的温度上升。

以前，像日本专利第3583019号公报(段落0016，图2)所记载般，已知有以下构造：为了将半导体元件所产生的热量释放，而通过螺栓预紧使封装着半导体元件的氮化铝等的散热布线基板和作为散热片(heat sink)的散热器(radiator)成为一体。另外，像日本专利特开2006-344690号公报(段落0034，图3)所记载那样，提出了以下构造：在发光元件封装用珐琅基板上连接着具有多个鳍片(fin)的散热构造体。

但是，在基板和散热片或者散热构造体的相互接合面上存在着微细的凹凸或翘曲，另外有时也会有异物附着。因此，基板和散热片或散热构造体的相互密接性差，无法良好地进行热传导，结果产生无法有效散热的问题。

由此可见，上述现有的电子零件封装模块在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的电子零件封装模块以及电气设备，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的电子零件封装模块存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型的电子零件封装模块以及电气设备，能够改进一般现有的电子零件封装模块以及电气设备，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的电子零件封装模块存在的缺陷，而提供一种新型的电子零件封装模块以及电气设备，所要解决的技术问题是使其提高基板和散热部件的密接性以提高热导率，从而可以将电子零件所产生的热量有效释放，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种电子零件封装模块，其包括：非金属制基板，在一个面上封装着运作时发热的电子零件，且将散热部件配设在相对于封装着电子零件的一个面为相反侧的另一面上；以及金属微粒膜，插入在基板和散热部件之间而形成。

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。

前述的电子零件封装模块，其中所述的非金属制基板为陶瓷制，电子零件为LED。

前述的电子零件封装模块，其中所述的金属微粒膜形成在陶瓷制基板上。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种电气设备，其包括：如权利要求1至3中任一项所述的电子零件封装模块；以及隔着金属微粒烧结膜而配设着电子零件封装模块的基板的散热部件。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了第1发明记载的电子零件封装模块包括：非金属制基板，在一个面上封装着运作时发热的电子零件，且将散热部件配设在相对于封装着电子零件的一个面为相反侧的另一面上；以及金属微粒膜，形成为插入在基板和散热部件之间。

根据此电子零件封装模块，在非金属制基板和散热部件之间插入着具有高热导率以及柔软性的金属微粒膜，因此可以提高基板和散热部件的密接性以提高热导率，从而可以将电子零件所产生的热量有效释放。

在本发明以及以下的发明中，只要无特别指定，则术语的定义以及技术性含意如下所述。

电子零件例如包括LED或EL元件等发光元件、晶体管(transistor)等半导体元件、集成电路(Integrated Circuit，IC)或者电阻元件等。

散热部件例如包括散热片或者电气设备的本体、壳体或盖体等。总之，散热部件是指和基板热结合的具有高热导率的部件。例如，在作为电气设备的照明装置中，当在此照明装置的本体上安装基板的另一面时，此本体相当于散热部件。

基板例如只要是陶瓷、玻璃环氧树脂等非金属材料中的任一种即可，非金属材料中优选使用热导率良好的材料。

金属微粒膜形成在基板或散热部件上，或者也可以形成在基板和散热部件两者之上。进而，金属微粒膜也可以和基板及散热部件分开而单独形成，并插入于基板和散热部件之间。

金属微粒膜例如通过以下方式形成：使用尺寸为数μm的银、铜、铝、金以及它们的合金等且各粒子形状不同的金属微粒，利用丝网印刷将使此金属微粒分散在溶剂中而成的浆料涂布在基板或者散热部件上后，利用加热炉对此散热部件进行加热，焙烧浆料而使之固化。此外，也可以在将浆料涂布到基板或者散热部件上后，不进行焙烧而是使浆料自然固化，由此形成金属微粒膜。在像这样形成的金属微粒间形成有不规则的粒子间间隙。像这样形成的金属微粒膜具有高热导率，且因粒子间间隙的存在而具有可变形的柔软性。

第2发明记载的电子零件封装模块，根据第1发明所述的电子零件封装模块，基板为陶瓷制，电子零件为LED。

根据此电子零件封装模块，由于在陶瓷制基板和散热部件之间插入有金属微粒膜，因此可以提高陶瓷制基板和散热部件的密接性以提高热导率，从而可以将LED所产生的热量有效释放，进而，可以防止将陶瓷制基板配设在散热部件上时陶瓷制基板发生破损的情况。

第3发明记载的电子零件封装模块，根据第1发明所述的电子零件封装模块，金属微粒膜形成在陶瓷制基板上。

根据此电子零件封装模块，由于金属微粒膜形成在陶瓷制基板上，因此可以容易地形成金属微粒膜，并且可以容易地将电子零件发光模块组合到散热部件中。

第4发明的电气设备包括：根据第1至第3发明中任一项所述的电子零件封装模块；以及隔着金属微粒烧结膜而配设着电子零件封装模块的基板的散热部件。

根据此电气设备，可以提供一种能够获得所述电子零件封装模块发挥的效果的电气设备。

借由上述技术方案，本发明电子零件封装模块以及电气设备至少具有下列优点及有益效果：本发明提高了基板和散热部件的密接性以提高热导率，从而可以将电子零件所产生的热量有效释放，非常适于实用。

综上所述，本发明是有关于一种电子零件封装模块以及电气设备，提供一种可提高基板和散热部件的密接性以提高热导率，从而可以将作为电子零件的LED4a所产生的热量有效释放的电子零件封装模块。在陶瓷制基板的表面上封装LED4a，将基板的背面侧配设在散热部件上。使基板和散热部件之间插入具有高热导率以及柔软性的金属微粒膜。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的电子零件封装模块的截面剖视图。

图2是电子零件封装模块的平面俯视图。

图3是电子零件封装模块的金属微粒膜的局部截面示意图。

图4是电子零件封装模块以及散热部件的局部截面示意图。

1：基板

1a：表面

1b：背面

2：散热部件

2a：接合面

2b：卡止支架

2c：散热鳍片

3：金属微粒膜

4：电子零件

4a：LED

5：螺钉

G：粒子间间隙

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电子零件封装模块以及电气设备其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。

如图1和图2所示那样，电子零件封装模块包括基板1以及金属微粒膜3，所述基板1中将一个面即表面1a作为封装面，并且将相反侧的另一面即背面1b配设在散热部件2上，所述金属微粒膜3插入到所述基板1和散热部件2之间。

在基板1的表面1a上，以表面封装方式封装着作为电子零件4的半导体发光元件即多个LED4a。在本实施例中，以矩阵状封装着纵向3个×横向3个＝9个LED4a。LED4a是表面封装型表面黏着组件(Surface MountDevice，SMD)封装，概括地说，包括配设在由陶瓷形成的底座(base)上的LED芯片、以及将此LED芯片密封的环氧系树脂或者硅树脂等模块用透光性树脂。LED芯片是使用发出蓝光的蓝光LED芯片，模块用透光性树脂中含有将来自LED芯片的光吸收而发出黄色系光的荧光粉。因此，来自LED芯片的光将穿过透光性树脂而成为白色或白炽灯色等白色系发光色向外部发射。另外，LED4a也能够以板上芯片封装(Chip On Board，COB)方式直接封装在基板1上，且封装方式并无特别限定。

基板1是和金属相比可廉价构成的非金属绝缘材料，其使用热导率高且耐久性优异的陶瓷材料，形成为近似长方形的平板。在基板1的表面1a上，利用铜箔形成有布线图案(wiring pattern)，并且适当形成有光刻胶层(resist layer)。在此布线图案上封装着多个LED4a。

而且，散热部件2例如为铝等具有高热导率的金属制，且具备安装接合着基板1的平面状接合面2a。此接合面2a和基板1相同，形成为近似长方形。另外，在散热部件2的接合面2a的长度方向两端，突出形成有将基板1定位卡止的卡止支架2b。进而，在散热部件2的和接合面2a相反侧的一面上，突出形成有用来增大散热表面积的多个散热鳍片2c。

将基板1安装到散热部件2上时，配置成使基板1的背面1b和散热部件2的接合面2a相向，并利用作为固定手段的多个螺钉5将基板1的两端侧的多处(即4处)拧紧固定在散热部件2上。

另外，散热部件2包括所谓的散热片、电气设备的本体、壳体(case)或者盖体(cover)等。总之，散热部件2是指和基板1热结合的具有高热导率的部件。因此，例如在作为电气设备的照明装置中，当使基板1的背面1b和此照明装置的本体相向安装时，此照明装置的本体则相当于散热部件2。

接着，参照图3对插入到基板1和散热部件2之间的金属微粒膜3进行说明。

金属微粒膜3例如使用由银、铜、铝、金以及它们的合金形成的热导率大于等于200W/mk、平均粒径为3μm左右且各粒子形状不同的金属微粒3a。将此金属微粒3a分散在溶剂中，形成浆料(paste)，并利用丝网印刷(screen printing)将此浆料涂布在基板1的背面1b或者散热部件2的接合面2a上之后，将此基板1或者散热部件2放入到加热炉中，在850℃的温度下加热10分钟，通过焙烧使浆料固化，由此形成金属微粒膜3。经过此焙烧处理，而在金属微粒3a间形成不规则的粒子间间隙G，利用此粒子间间隙G，使金属微粒膜3获得能够变形的柔软性。此外，若金属微粒3a的平均粒径小于3μm，则无法获得对于金属微粒膜3的充分膜厚，也无法获得充分的柔软性。

金属微粒膜3的膜厚尺寸形成为大于等于3μm，优选10μm～50μm的范围。若此膜厚尺寸薄于3μm(优选10μm)，则无法获得金属微粒膜3能够变形的柔软性，从而无法获得提高基板1和散热部件2的密接性，使热导率提高的充分效果。另外，若此膜厚尺寸厚于50μm，则难以易于以低成本制造金属微粒膜3。此外，当可以不考虑成本或制造性时，金属微粒膜3的膜厚尺寸厚于50μm亦无妨，此时，可通过反复进行多次丝网印刷处理来调整成所需的膜厚尺寸。

像这样形成的金属微粒膜3具有大于等于200W/mk的高热导率，且因粒子间间隙G的存在而具有能够变形的柔软性。

因此，像图1和图2所示那样，隔着金属微粒膜3利用螺钉5将基板1和散热部件2拧紧固定，由此基板1的背面1b或散热部件2的接合面2a的微细凹凸或者由附在这些面上的异物等的凹凸将因金属微粒膜3的变形而被吸收，使得金属微粒膜3和基板1的背面1b以及散热部件2的接合面2a密接。例如，图4中示意性表示散热部件2的接合面2a上存在凹凸的示例。在此示例中，在基板1上形成金属微粒膜3，并通过使此基板1的金属微粒膜3接合于散热部件2的接合面2a，而使金属微粒膜3沿着散热部件2的接合面2a的凹凸进行变形从而产生密接。

而且，当隔着金属微粒膜3利用螺钉5将基板1和散热部件2拧紧固定时，金属微粒膜3具有缓冲性，即使不强力拧紧螺钉5，也可以获得基板1和散热部件2的热密接性，因此可以抑制陶瓷制基板1因拧紧而发生破损的情况。

在像上述那样构成的电子零件封装模块中，若接通电源，则未图示的点亮电路运行，对封装在基板1上的LED4a提供电力，使LED4a进行发光。

伴随着LED4a的发光而由LED4a产生的热量以朝向基板1、金属微粒膜3以及散热部件2的顺序进行传导，并从散热部件2中释放。

此时，由于在基板1和散热部件2之间插入有金属微粒膜3，金属微粒膜3沿着所述基板1的背面1b或者散热部件2的接合面2a的微细凹凸或者附在这些面上的异物等的凹凸进行变形从而产生密接，因此可以确保所述基板1的背面1b以及散热部件2的接合面2a和金属微粒膜3的相互接触面积较大。所以基板1和散热部件2的热密接性高，热导率变良好。

因此，LED4a所产生的热量以朝向基板1、金属微粒膜3以及散热部件2的顺序高效传导，并可有效地从散热部件2中释放。

接着，为了确认此散热效果，而对在基板1和散热部件2之间插入金属微粒膜3的本实施例、以及未插入金属微粒膜3的比较例，测定LED4a的接面温度(junction temperature)，结果获得如下列表一所示的结果。

表一：是表示对电子零件封装模块的基板和散热部件之间插入金属微粒膜的本实施例及未插入金属微粒膜的比较例，测定LED的接面温度比所得的结果的图表。

	金属微粒膜	结温比
			本实施形态	有	85
比较例	无	100

此外，测定条件中，基板1使用热导率为30W/mk的陶瓷，散热部件2使用热导率大于等于200W/mk的金属。本实施例的金属微粒膜3的热导率为大于等于200W/mk。

由此测定结果可知，若将比较例的接面温度设为100％，则可以确认本实施例下降到85％的接面温度。因此，可确认本实施例有效地进行了热传导、散热，故可抑制LED4a温度上升。

接着，参照上述图4，就优选基板1使用陶瓷且使用金属微粒膜3作为插入到基板1和散热部件2之间的接合部件的原因进行说明。

基板1的非金属材料除了本实施例的陶瓷以外，例如还有玻璃环氧树脂等。另外，就接合部件来说，通常为了使2个部件间密接从而进行良好的热传导，而大多采用硅树脂。这些玻璃环氧树脂以及硅树脂的热导率为1W/mk左右。

首先，对基板1为玻璃环氧树脂的情况进行说明。当在热导率为1W/mk左右的玻璃环氧树脂制基板1和热导率大于等于200W/mk的金属制散热部件2之间插入热导率为1W/mk左右的硅树脂时，热导率同为1W/mk左右的基板1以及硅树脂侧和热导率大于等于200W/mk的散热部件2侧的接触面积增大，热导率提高。另外，当插入热导率大于等于200W/mk的金属微粒膜3时，热导率同为大于等于200W/mk的散热部件2以及金属微粒膜3侧和热导率为1W/mk左右的基板1侧的接触面积增大，热导率提高。然而，无论基板1是玻璃环氧树脂还是陶瓷，由基板1向散热部件2的热导率的提高效果为相同程度。

接着，对基板1为陶瓷的情况进行说明。当在热导率为30W/mk的陶瓷制基板1和热导率大于等于200W/mk的金属制散热部件2之间插入热导率为1W/mk左右的硅树脂时，由于插入热导率低于基板1以及散热部件2的硅树脂之故，因此由基板1向散热部件2的热导率的提高效果低。另外，当插入热导率大于等于200W/mk的金属微粒膜3时，热导率同为大于等于200W/mk的散热部件2以及金属微粒膜3侧和热导率为30W/mk的基板1侧的接触面积增大，热导率提高。

因此，通过组合基板1使用陶瓷，且使用金属微粒膜3作为插入到基板1和散热部件2之间的接合部件，可以提升由基板1向散热部件2的热导率的提高效果。

像上述那样，根据本实施例，在陶瓷制基板1和散热部件2之间插入金属微粒膜3，因此可以提高基板1和散热部件2的热密接性，从而可以使LED4a所产生的热量从基板1有效地传导到散热部件2后，有效地从散热部件2中释放。

另外，金属微粒膜3是通过丝网印刷而涂布在基板1或者散热部件2上，并形成为插入到基板1和散热部件2之间，因此无须特别设置插入件作为零件，能够以简化的结构实现预期目的。

其次，对使用电子零件封装模块的电气设备进行说明。电气设备(省略图示)有照明装置或显示器(display)等，均可以用于电子零件封装模块。此外，此时作为散热部件2，可以利用电气设备的本体，另外也可以特别设置散热部件2。根据这样的电气设备，可以提供一种发挥上述电子零件封装模块效果的电气设备。

此外，本发明不限定于所述实施例的结构，在不偏离发明主旨的范围内可以进行各种变形。例如，基板材料优选使用陶瓷，但也可以使用玻璃环氧树脂等其他非金属。而且，金属微粒膜优选形成在基板上，但也可以形成在散热部件侧，或者形成在基板和散热部件两者之上。进而，金属微粒膜的形成优选丝网印刷涂布，但并不限定于此，也可以利用其他方法来涂布。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种电子零件封装模块，其特征在于包括：

非金属制基板，在一个面上封装着运作时发热的电子零件，且将散热部件配设在相对于封装着电子零件的一个面为相反侧的另一面上，其中所述的非金属制基板为陶瓷制，电子零件为LED；以及

金属微粒膜，插入在基板和散热部件之间而形成，其中所述金属微粒膜主要由金属微粒所构成，所述金属微粒膜的膜厚为3μm～50μm的范围，所述金属微粒间具有粒子间间隙，所述金属微粒膜沿着散热部件的接合面的凹凸进行变形。

2.根据权利要求1所述的电子零件封装模块，其特征在于其中所述的金属微粒膜形成在陶瓷制基板上。

3.一种电气设备，其特征在于包括：

如权利要求1至2中任一项所述的电子零件封装模块；以及

隔着金属微粒膜而配设着电子零件封装模块的基板的散热部件。

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