CN101998758B - Led印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法，涉及LED印刷电路板及其散热绝缘双功效膜层制备方法。解决了现有LED印刷电路板由于电绝缘的硬性要求受到限制造成散热效果不佳的问题，提出一种LED印刷电路板及其非晶金刚石散热绝缘膜层制备方法。所述电路板为印刷电路板和铜制电路之间添加非晶金刚石散热绝缘膜层。所述制备方法，具体为：一、清洗：用去离子水清洗LED印刷电路板，并吹干；二、刻蚀：考夫曼离子枪刻蚀LED印刷电路板的非晶金刚石沉积面；三、沉积：采用不同负偏压交替沉积碳离子，逐渐形成由低应力亚膜层与高sp3杂化含量亚膜层交替构筑而成的非晶金刚石薄膜的散热绝缘双功效膜层。本发明适用于印刷电路板。

Description

LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法
技术领域
本发明涉及LED印刷电路板的散热绝缘双功效膜层及其制备方法。
背景技术
半导体LED光源是被称为继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯(HID)之后的“第四代节能环保型照明光源”，引领了第三次照明革命，被称为21世纪的光源。LED的出现使人类进入一个绿色、环保的照明新时代。作为LED电子电路系统的承载体，印刷电路板的作用在整个固态照明系统中非常重要。然而，目前LED印刷电路板的散热功效却因电绝缘的要求而受到极大限制。一旦印刷电路板的散热功效不佳，整个元器件的温度将急剧上升，进而使LED的亮度下降，寿命也急剧缩短。如图1所示，目前LED的下游散热片多以铝片制成，但为了让铝片和LED的铜制电路绝缘，必须在铜制电路和铝片之间添加由环氧树脂构成的绝缘层。环氧树脂的热传导系数(0.5W/mK)比铝(275W/mK)低数百倍，LED产生的热在环氧树脂中久聚难散，铝片也就无法完全发挥应有的散热效果，从而导致了前面所述问题的发生，这也成为了LED照明系统大规模应用的瓶颈之一。
发明内容
本发明为了解决现有LED印刷电路板电绝缘层散热效果差的问题，提出一种LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法。
LED印刷电路板，它包括印刷电路板、非晶金刚石散热绝缘膜层、铜制电路层，在印刷电路板和铜制电路层之间添加非晶金刚石散热绝缘膜层。
非晶金刚石散热绝缘膜层制备方法，具体过程如下：
步骤一、清洗：用去离子水将需制备非晶金刚石散热绝缘膜层的LED印刷电路板在超声波清洗机中清洗，取出后用电吹风快速吹干；
步骤二、刻蚀：在本底真空度为1.5～4.0×10-6Torr时，注入纯度为99.99％的氩气，使真空度上升至1.0～2.0×10-4Torr，用考夫曼离子枪刻蚀LED印刷电路板的非晶金刚石沉积面，刻蚀后将卡盘转至沉积工作区；
步骤三、沉积：采用不同负偏压交替沉积碳离子，逐渐形成由低应力亚膜层与高sp3杂化含量亚膜层交替构筑而成的非晶金刚石的散热绝缘双功效膜层，每个亚膜层厚度控制在100nm～200nm之间。
本发明解决了现有LED印刷电路板的散热效果由于电绝缘的硬性要求受到限制，进而影响到LED亮度下降，寿命急剧缩短这一LED应用中存在的关键问题。本发明不但发挥了非晶金刚石在散热和绝缘两方面的独特优势，同时也将原先的环氧树脂/铝片双膜层结构转换为非晶金刚石单层结构，在工艺上得到了简化。
发明效果：
1)与现有技术相比，本发明简化了工艺，将将原先的环氧树脂/铝片双膜层结构转换为非晶金刚石单膜层结构。
2)与现有技术相比，披覆有非晶金刚石薄膜的印刷电路板在加电20min后不同LED的表面温差低于1℃，而现有技术大于3℃，显著改善了散热效果。同时，披覆有非晶金刚石薄膜的印刷电路板可提升红、蓝、绿LED的亮度，提升幅度超过15％。
附图说明
图1为目前印刷电路板的结构示意图。图2为本发明LED印刷电路板的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图2说明本实施方式，LED印刷电路板，它包括印刷电路板1、非晶金刚石散热绝缘膜层2、铜制电路层3，在印刷电路板1和铜制电路层3之间添加非晶金刚石散热绝缘膜层2。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，非晶金刚石散热绝缘膜层2为利用过滤阴极真空电弧系统在印刷电路板的表面沉积的富sp3杂化的非晶金刚石薄膜。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一或二的进一步说明，非晶金刚石散热绝缘膜层2的厚度是0.5～2μm。
具体实施方式四、非晶金刚石散热绝缘膜层制备方法，具体过程如下：
步骤一、清洗：用去离子水将需制备非晶金刚石散热绝缘膜层的LED印刷电路板在超声波清洗机中清洗，取出后用电吹风快速吹干；
步骤二、刻蚀：在本底真空度为1.5～4.0×10-6Torr时，注入纯度为99.99％的氩气，使真空度上升至1.0～2.0×10-4Torr，用考夫曼离子枪刻蚀LED印刷电路板的非晶金刚石沉积面，刻蚀后将卡盘转至沉积工作区；
步骤三、沉积：采用不同负偏压交替沉积碳离子，逐渐形成由低应力亚膜层与高sp3杂化含量亚膜层交替构筑而成的非晶金刚石薄膜的散热绝缘双功效膜层，每个亚膜层厚度控制在100nm～200nm之间。
步骤一中清洗完成后取出后用电吹风快速吹干的目的是防止腐蚀基片，本发明不采用丙酮、酒精等有机洗涤剂。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，具体实施方式四中步骤一用超声波清洗机清洗的时间为10～30min。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，具体实施方式四中步骤二用考夫曼离子枪刻蚀LED印刷电路板的非晶金刚石沉积面4～7min，刻蚀1～2次，工作氩气流量为8ml/min，刻蚀氩粒子能量为400～800eV，刻蚀后应间歇5～15min。
具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，步骤三沉积的过程中，每沉积100～300s，间歇5～15min；衬底负偏压采用直流脉冲形式，梯度变化的范围为3600V至80V的任意变化区间，脉冲频率为100～1500Hz，脉冲宽度为5～25μs，对应的电弧电流为50～70A。
具体实施方式八、本实施方式是对具体实施方式四或七的进一步说明，步骤三沉积的过程中，在初始的1～2次沉积时，衬底偏压的变化范围为3600V～2000V，总沉积时间100～1000s，脉冲频率为100～1500Hz，脉冲宽度为5～25μs，对应的电弧电流为50～70A，在最后一次沉积时，衬底偏压的变化范围为100V～80V，沉积时间100～500s，脉冲频率为100～1500Hz，脉冲宽度为5～25μs，对应的电弧电流为50～70A，基层与顶层之间由低应力与高sp3杂化含量的亚膜层交替构筑而成。
其中低应力对应衬底偏压的变化范围为3600V～2000V，高sp3杂化含量的亚膜层对应衬底偏压的变化范围为100V～80V。
具体实施方式九、本实施方式是对具体实施方式八的进一步说明，第2次沉积之后至顶层沉积之前的多个膜层的沉积参数交替采用最后一次沉积时的参数和初次沉积时的参数，衬底偏压上下浮动范围为10％。
sp3杂化含量为50％～70％的非晶金刚石的热导率可达到500W/mK以上，甚至高于铜制电路的热导率400W/mK，而且随着非晶金刚石sp3杂化含量的提高，热导率还会进一步提高，因此，非晶金刚石薄膜可以起到良好的散热效果，同时，由于其富sp3杂化含量的结构本质，绝缘性也极佳，进而起到了散热绝缘的双重功效。本发明构建了利用衬底偏压梯度变化制备得到的sp3杂化含量自印刷电路板基底从下到上交替变化的非晶金刚石薄膜。其核心思想为，在基底处获得具有低应力的稳定力学结构的亚膜层，在表层得到散热及绝缘效果最优(sp3杂化含量最高)的亚膜层，基层与顶层之间的膜层由低应力与高sp3杂化含量的亚膜层交替构筑而成，进而最大限度平衡散热绝缘性能与力学稳定性。

Claims (6)

1.LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法，所述LED印刷电路板包括印刷电路板(1)、非晶金刚石散热绝缘膜层(2)、铜制电路层(3)，在印刷电路板(1)和铜制电路层(3)之间添加非晶金刚石散热绝缘膜层(2)；其特征在于具体过程如下：
步骤一、清洗：用去离子水将需制备非晶金刚石散热绝缘膜层的LED印刷电路板在超声波清洗机中清洗，取出后用电吹风吹干；
步骤二、刻蚀：在本底真空度为1.5～4.0×10-6Torr时，注入纯度为99.99％的氩气，使真空度上升至1.0～2.0×10-4Torr，用考夫曼离子枪刻蚀LED印刷电路板的非晶金刚石沉积面，刻蚀后将卡盘转至沉积工作区；
步骤三、沉积：采用不同负偏压交替沉积碳离子，逐渐形成由低应力亚膜层与高sp3杂化含量亚膜层交替构筑而成的非晶金刚石薄膜的散热绝缘双功效膜层，每个亚膜层厚度控制在100nm～200nm之间。
2.根据权利要求1所述的LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法，其特征在于步骤一用超声波清洗机清洗的时间为10～30min。
3.根据权利要求1所述的LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法，其特征在于步骤二用考夫曼离子枪刻蚀LED印刷电路板的非晶金刚石沉积面4～7min，刻蚀1～2次，工作氩气流量为8ml/min，刻蚀氩粒子能量为400～800eV，刻蚀后应间歇5～15min。
4.根据权利要求1所述的LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法，其特征在于步骤三沉积的过程中，每沉积100～300s，间歇5～15min；衬底负偏压采用直流脉冲形式，梯度变化的范围为3600V至80V的任意变化区间，脉冲频率为100～1500Hz，脉冲宽度为5～25μs，对应的电弧电流为50～70A。
5.根据权利要求1或4所述的LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法，其特征在于步骤三沉积的过程中，在初始的1～2次沉积时，衬底偏压的变化范围为3600V～2000V，总沉积时间100～1000s，脉冲频率为100～1500Hz，脉冲宽度为5～25μs，对应的电弧电流为50～70A，在最后一次沉积时，衬底偏压的变化范围为100V～80V，沉积时间100～500s，脉冲频率为100～1500Hz，脉冲宽度为5～25μs，对应的电弧电流为50～70A，基层与顶层之间由低应力与高sp3杂化含量的亚膜层交替构筑而成。
6.根据权利要求5所述的LED印刷电路板的非晶金刚石散热绝缘膜层的制备方法，其特征在于第2次沉积之后至顶层沉积之前的多个膜层的沉积参数交替采用最后一次沉积时的参数和初次沉积时的参数，衬底偏压上下浮动范围为10％。
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