CN102047772B - 金属基电路板 - Google Patents

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Abstract

延长LED的寿命，改善形成印刷电路板时以及安装LED时的可操作性。金属基电路板，具有：绝缘层，线膨胀系数为60ppm/℃以上120ppm/℃以下；金属箔，设置于绝缘层的一个面上，由线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下的金属材料构成；电路部分和非电路部分，形成于绝缘层的另一个面上，线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下；以及白色膜，形成于绝缘层、电路部分和非电路部分之上，其中，绝缘层上的电路部分和非电路部分的面积的总和相对于金属箔面积为50％以上95％以下，并且，各种材料的线膨胀系数的关系为：绝缘层的线膨胀系数＞金属箔的线膨胀系数＞电路部分和非电路部分的线膨胀系数。

Description

金属基电路板
技术领域
本发明涉及在使用LED(Light-emitting diode，发光二级管)作为光源的液晶显示装置等要求散热性及薄型化的领域中所使用的金属基电路板。
背景技术
作为液晶背光灯的光源，可以列举CCFL(Cold CathodeFluorescent Lamp：冷阴极荧光灯)和LED。
CCFL具有易用以及寿命长的优点，LED的色彩重现性优良、亮度高、薄型，由于没有使用水银，因此其环境负荷比CCFL低，抗振、抗冲击能力强，可以在宽的温度范围(-40℃～85℃)内使用，而且，根据使用环境，可具有寿命可达5万小时的优点。
LED的发光效率比CCFL低，因此，在如液晶背光灯内部这样的密闭空间中，存在LED附近的温度比CCFL高的倾向。由于这种条件下的亮度低，因此需要提高电流值，因而导致发热增加，进而使温度上升。
因此，LED的温度上升将促进半导体元件劣化，使LED的寿命缩短。所以，要求安装LED的印刷电路板具有散热性。
作为安装LED的印刷电路板的散热方法，有通过印刷电路板上的导热材料向壳体散热的方法(参考专利文献1)。但是，这种方法中，印刷电路板单体难以向壳体散热，需要辅助部件，因此成本增高，是不优选的。
作为其它的散热方法，有如下结构：从印刷电路板的兼作电路图案的散热部分借助热通孔由背面的散热图案向壳体散热(参考专利文献2)。但是，这种方法存在基板结构复杂的问题。
专利文献1：日本特开2002-353388号公报
专利文献2：日本特开2007-12856号公报
发明内容
本发明要解决的问题是，在LED背光灯用的基板中，即使不使用辅助部件、热通孔，也具有良好的散热性，以及通过抑制翘曲量来改善形成印刷电路板的电路时以及安装LED时的可操作性。
即，根据本发明，可提供如下所述的金属基电路板，其具有：绝缘层，线膨胀系数为60ppm/℃以上120ppm/℃以下；金属箔，设置于绝缘层的一个面上，由线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下的金属材料构成；电路部分和非电路部分，形成于绝缘层的另一个面上，线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下；以及白色膜，形成于绝缘层、电路部分和非电路部分之上，其中，绝缘层上的非电路部分和电路部分的面积的总和相对于金属箔面积为50％以上95％以下，并且，各种材料的线膨胀系数的关系为绝缘层的线膨胀系数＞金属箔的线膨胀系数＞电路部分和非电路部分的线膨胀系数。
此外，本发明的一个实施方案提供一种金属基电路板，其中，上述绝缘层由环氧树脂、固化剂及无机填料形成，相对于绝缘层的总体积，含有40体积％以上70体积％以下的无机填料。
此外，本发明的一个实施方案提供一种金属基电路板，其中，上述固化剂包含具有羟基和/或氨基的物质。
此外，本发明的一个实施方案提供一种金属基电路板，其中，上述白色膜中含有作为白色颜料的二氧化钛，二氧化钛为金红石型且其表面被氢氧化铝或二氧化硅所包覆。
根据本发明，在LED背光灯用的基板中，即使不使用辅助部件、热通孔，也具有良好的散热性，因此能够延长LED的寿命，并且能够通过抑制翘曲量来改善形成印刷电路板的电路时以及安装LED时的可操作性。
附图说明
图1是示意地表示本发明的金属基电路板的一个例子的说明图(截面图)。
附图标记说明
1金属箔
2绝缘层
3电路部分
4非电路部分
5白色膜
6钎焊接合部
7LED封装体
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的一个实施方式的金属基电路板进行说明。
图1是示意地表示使用了本发明的一个实施方式的金属基电路板的混合集成电路模块的图，表示金属基电路板的截面图。
如图1所示，本实施方式的金属基电路板具有：金属箔1；绝缘层2；电路部分3，其形成于绝缘层2的未设置金属箔1一侧的面上；非电路部分4，其形成于绝缘层2的未设置金属箔1一侧的面上；白色膜5，其形成于绝缘层2、电路部分3和非电路部分4上。
如图1所示，借助钎焊接合部6将LED封装体7搭载于电路部分3上，从而构成混合集成电路模块。
本实施方式的金属基电路板，其特征在于，具有：绝缘层，其线膨胀系数为60ppm/℃以上120ppm/℃以下；金属箔，其设置于绝缘层的一个面上，由线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下的金属材料构成；电路部分和非电路部分，其形成于绝缘层的另一个面上，线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下；以及白色膜，其形成于绝缘层、电路部分和非电路部分之上。
而且，绝缘层上的电路部分和非电路部分的面积的总和相对于金属箔面积为50％以上95％以下。并且，各种材料的线膨胀系数的关系为：绝缘层的线膨胀系数＞金属箔的线膨胀系数＞电路部分和非电路部分的线膨胀系数。
[电路部分和非电路部分]
在本发明中，电路部分和非电路部分由设置于绝缘层上的相同的导电材料(导体金属)构成，电路部分是指为驱动电子元件和电气元件而使电流流过的电路部分。此外，在本发明中，非电路部分是指不进行电气利用的导电材料(导体金属)。
在本实施方式的金属基电路板中，绝缘层2上的非电路部分4和电路部分3的面积的总和为50％以上95％以下。
如果上述面积的总和为50％以上，则能够抑制金属基电路板的翘曲，使得以LED为代表的电子元件容易安装。此外，如果上述面积总和为95％以下，则能够充分确保电路部分与非电路部分之间的间隔，因而能够确保电气可靠性。
在本实施方式的金属基电路板中，电路部分3以及非电路部分4的线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下。
可作为电路部分3及非电路部分4而采用的导电材料只要是具有上述线膨胀系数的导体材料就可以适当选择，具体而言，有Ni、Cu、Al、Fe、Si、不锈钢单体钢、或它们的合金。
在这些材料当中，如果考虑散热性，则特别优选Cu、Al、或者Cu与Al的合金。
在本实施方式的金属基电路板中，电路部分3以及非电路部分4的厚度优选为18μm以上70μm以下。
如果电路部分3及非电路部分4的厚度为18μm以下，容易产生因制造金属基板时的操作导致的褶皱等问题。此外，如果电路部分3和非电路部分4的厚度为70μm，则在制作电路部分和非电路部分的图案时会产生问题。
[金属箔]
在本实施方式的金属基电路板中，构成金属箔1的金属材料的线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下。
可作为金属箔而采用的金属只要是具有上述线膨胀系数的金属就可以适当选择，具体而言，有Ni、Cu、Al、Si、Fe、不锈钢、或它们的合金。
在这些材料中，如果考虑散热性，则特别优选Cu、Al、或Cu与Al的合金。
在本实施方式的金属基电路板中，金属箔1的厚度优选为150μm以上300μm以下。
如果金属箔1的厚度为150μm以上，则能够抑制由于制造金属基板时的操作所导致的折断等问题，从液晶显示装置的薄型化的观点出发，优选为300μm以下。
[绝缘层]
在本实施方式的金属基电路板中，绝缘层2的线膨胀系数为60ppm/℃以上120ppm/℃以下。
可作为绝缘层而采用的材料只要是具有上述线膨胀系数的材料就可以适当选择，具体而言，可以列举出环氧树脂、硅树脂以及它们的共聚物。
这些材料中，考虑到耐热性以及与金属之间的粘接性，特别优选环氧树脂。
此外，这些树脂中可以适当地含有固化剂、无机填料及添加剂，其中，添加剂用于促进树脂对基底的润湿性、流平性的提高以及粘度的降低，从而减少形成绝缘层时产生的缺陷。
作为上述添加剂，例如有消泡剂、表面调节剂、润湿分散剂等。
在本实施方式的金属基电路板中，绝缘层2的厚度优选为80μm以上180μm以下。
如果绝缘层2的厚度为80μm以上，则容易确保绝缘性，如果为180μm以下，则可容易地形成均匀的绝缘层。
作为用于绝缘层2的环氧树脂，可以采用作为环氧树脂公知的物质，可以列举出例如双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、双酚S二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、六氢化双酚A二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、二聚酸二缩水甘油酯、异氰酸三缩水甘油酸酯、四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、四缩水甘油基间苯二甲胺、苯酚酚醛清漆聚缩水甘油醚(phenolnovolac polyglycidyl ether)、四溴双酚A二缩水甘油醚、双酚六氟丙酮缩水甘油醚(bisphenol hexafluoroacetone glycidyl ether)等含有环氧基的物质。
这些物质中，考虑到耐热性以及与金属之间的粘合性，特别优选双酚A二缩水甘油醚及双酚F二缩水甘油醚。
环氧树脂中的氯离子浓度优选为1000ppm以下，更优选为500ppm以下。
这是因为，如果环氧树脂组合物中的氯离子浓度增高，则在高温下、高湿下、直流或交流电压下，存在离子性杂质移动、电绝缘性降低的倾向。
作为环氧树脂的固化剂，优选包含具有与环氧基反应的羟基和/或氨基的物质。例如，作为上述环氧树脂的固化剂的多胺、多酚。
在使用环氧树脂的固化剂、特别是含有羟基的物质时，也可以使用固化促进剂。
优选使用咪唑类作为固化促进剂。优选，例如2-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1，2-二甲基咪唑、2-甲基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑，2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、2，3-二氢-1H-吡咯[1，2-a]苯并咪唑、2-苯基-4，5-二羟甲基咪唑、2，4-二氨基-6-[2′-甲基咪唑-(1′)]-乙基-均三嗪、2，4-二氨基-6-[2′-十一烷基咪唑(1′)]-乙基-均三嗪、1-氰甲基-2-甲基咪唑等。
在这些物质中，基于提高耐湿可靠性及Tg(玻璃化转变温度)的目的，特别优选2，3-二氢-1H-吡咯[1，2-a]苯并咪唑。
固化促进剂的添加量优选为0.005份以上5份以下。
如果固化促进剂的添加量为5份以下，则适用期延长，能够抑制由增稠导致的可操作性降低，如果添加量为0.005份以上，则固化时的高温加热的时间短，从成本及可操作性的观点出发是优选的。
作为绝缘层2中所含有的无机填料，优选电绝缘性和导热性良好的无机填料，例如有二氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化硼、氧化镁。在这些无机填料中，考虑到电绝缘性和导热性，特别优选二氧化硅、氧化铝、氮化铝。
无机填料中的钠离子浓度优选为500ppm以下，更优选为100ppm以下。
如果无机填料中的钠离子浓度为500ppm以下，则在高温下、高湿下、直流或交流电压下，不易发生离子性杂质的移动，能够抑制电绝缘性的降低。
作为绝缘层2中所含有的无机填料的含有率，相对于绝缘层的总体积，无机填料优选为40体积％以上70体积％以下。
如果无机填料的含有率为40体积％以上，则能够得到充分的热导率，如果为70体积％以下，则在形成绝缘层2时不易产生缺陷，不会损害耐电压性、密合性。
此外，为了避免由无机填料导致的增稠，进一步优选将两种以上的粒径不同的无机填料混合。
绝缘层2固化后的热导率优选为1W/m·K以上，更优选为2W/m·K以上。
如果固化后的热导率为1W/m·K以上，则能够提供电子部件所产生的热可高效地散热至金属基电路板背面、进而，可通过向外部散热来降低电子部件的蓄热使电子部件的温度上升小，并且寿命长的混合集成电路模块。
进而，为了确保在安装了LED等电子部件后向电路部分施加电压时的绝缘性，绝缘层2的击穿电压优选为1.8kV以上，更优选为2kV以上。
本实施方式的金属基电路板中，构成金属箔的金属材料的线膨胀系数、绝缘层的线膨胀系数、电路部分和非电路部分的线膨胀系数的关系优选为；
绝缘层的线膨胀系数＞金属箔的线膨胀系数＞电路部分和非电路部分的线膨胀系数。
优选构成金属箔的金属材料的线膨胀系数大于电路部分和非电路部分的线膨胀系数，这是为了减小不期望发生翘曲的电路部分的线膨胀系数，抑制在绝缘层上形成电路部分和非电路部分时的翘曲，确保形成电路以及安装LED时的良好的可操作性。
绝缘层2的载置非电路部分4和电路部分3的面优选平滑、反光性能良好。特别优选对绝缘层2的与非电路部分4和电路部分3密合的面进行表面粗糙化处理、镀敷处理、硅烷偶联处理等，以增加密合性。
为了确保LED等电子部件在安装后的连接可靠性，绝缘层2与“电路部分3和非电路部分4”的90℃剥离强度优选为1kg/cm以上，进一步优选为1.4kg/cm以上。
[白色膜]
作为可用作白色膜5的树脂，优选含有1种以上的热固化性树脂、光固化性树脂。热固化性树脂优选环氧树脂，光固化性树脂优选丙烯酸树脂。
在用作白色膜5的树脂中，作为白色颜料，优选含有二氧化钛、硫酸钡、滑石、二氧化硅等白色颜料中的一种以上。
特别是，含有二氧化钛的树脂由于折射率大、基板对光的反射率高，因此是优选的。
此外，金红石型二氧化钛由于稳定性优异，因而光催化作用弱，较之于其他结构的二氧化钛，可抑制树脂成分的劣化，因此是优选的。此外，为抑制光催化作用，优选表面被氢氧化铝或二氧化硅所包覆。
白色颜料的含量优选为白色膜5的组合物中的30质量％以上75质量％以下。
如果白色颜料的含量为30质量％以上，则能够得到充分的反射率，如果为75质量％以下，则不会因增稠而导致流平性降低，能够得到平滑的涂膜，能够抑制反射率的降低。
从有效利用LED照射光的观点出发，优选白色膜5对400～800nm的可见光范围具有70％以上的反射率，在更优选的实施方案中，进一步优选对460nm(蓝色)和525nm(红色)及620nm(红色)具有70％以上的反射率。
此外，优选白色膜5的热导率小于绝缘层2的热导率。
如果白色膜5的热导率小于绝缘层2的热导率，则LED封装体所发出的热不会通过电路部分向白色膜散热，因此，LED附近的气氛温度不易上升，从而延长了LED的寿命。
此外，为了维持机械强度，金属基电路板的总厚度优选为265μm以上500μm以下。
此外，金属基电路板的翘曲量优选为，相对于每100mm金属基电路板长度为3mm以下。
另外，本发明中的翘曲量的定义如下：将绝缘层2上的非电路部分4和电路部分3朝上、静置于平滑且平行的面时向上凹入的情况定义为“+：正”，将向下凸出的情况定义为“-：负”。翘曲量的绝对值是金属基电路板外周距离平滑且平行的面的最大的高度。
本发明的金属基电路板的形状优选为上下左右对称，进一步优选为正方形或长方形。此外，由于设计上的制约而难以使形状上下左右对称时，优选对电路板的外周实施切口等加工。
根据本发明的金属基电路板，即使不采用辅助部件、热通孔，也具有良好的散热性，因此能够延长LED的寿命，并且能够通过抑制翘曲量来改善形成印刷电路板的电路时以及安装LED时的可操作性，作为LED背光灯用的金属基电路板具有很好的工业可利用性。
以上对本发明的实施方式进行了叙述，但上述内容为本发明的例示，也可以采用上述以外的各种构成。
实施例
以下，利用附图、表1对本发明的实施例、比较例进行详细说明，但本发明并不限于以下内容。
如图1所示，本实施例的金属基电路板具有：金属箔1；绝缘层2，其形成于金属箔1的一个面上；电路部分3和非电路部分4，其形成于绝缘层2的没有设置金属箔的面上；白色膜5，其形成于绝缘层3、电路部分3和非电路部分4之上。另外，附图标记7为LED封装体。
[实施例]
如下制作实施例1的金属基电路板。
在厚度为35μm的铜箔上形成绝缘层2，使固化后的厚度达到150μm。
绝缘层2如下配合：在双酚A型环氧树脂(大日本油墨化学工业公司制，“EPICLON-828”)中添加作为胺类固化剂的二氨基二苯甲烷(日本合成化工公司制，“H84B”)作为固化剂，再混合平均粒径为1.2μm的粉碎状粗颗粒的氧化硅(龙森公司制，“A-1”)和平均粒径为10μm的粉碎状粗颗粒的氧化硅(林化成公司制，“SQ-10”)，使得这些颗粒在绝缘层中为35体积％(球状粗颗粒与球状微粒的质量比为6∶4)。
接着，贴合厚度为200μm的铝箔，通过加热使绝缘层2热固化，得到在绝缘层2中无机填料整体的钠离子浓度为50ppm以下的金属基基板。
然后，对于所得的金属基板，用抗蚀剂在规定位置作为掩模蚀刻铜箔，使得电路部分和非电路部分具有各种总面积，然后，除去抗蚀剂，形成铜制的电路部分3和非电路部分4，从而制成金属基电路板。
然后，在金属基电路板上涂布白色阻焊剂作为高反射率的白色膜5，利用热及紫外线进行固化。
此时，电路部分3上的LED封装体安装部分没有形成白色涂膜。作为白色阻焊剂，使用了山荣化学公司制的“SSR-6300S”。
在实施例1中，如表1所示，绝缘层2上的非电路部分4和电路部分3的面积总和相对于金属箔1的面积为79％，构成金属箔1的金属材料的线膨胀系数为23.9ppm/℃，绝缘层2的线膨胀系数为91.3ppm/℃，电路部分3和非电路部分4的线膨胀系数为17.5ppm/℃。
相对于绝缘层2的总体积，无机填料的含有率为35％。用于绝缘层的树脂为环氧树脂，进而，在绝缘层中添加了胺类固化剂。
如表1所示，在实施例1中，翘曲量为1.7mm，为3mm以下的良好的值。
[表1]
Figure BPA00001259665700131
在实施例2中，如表1所示，相对于绝缘层2的总体积，无机填料的含有率为56％。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在实施例2中，翘曲量为1.1mm，小于3mm，为良好。
在实施例3中，如表1所示，绝缘层2中使用的固化剂为苯酚酚醛清漆(phenol novolac)(明和化成公司制，“HF-4M”)，并使用了咪唑类固化催化剂(四国化成公司制，“2，3-二氢-1H-吡咯[1，2-a]苯并咪唑”)作为催化剂。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在实施例3中，翘曲量为1.8mm，小于3mm，为良好。
[比较例]
在比较例1中，如表1所示，绝缘层2上的非电路部分4和电路部分3的面积的总和相对于金属箔1的面积为98％。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在比较例1中，无法测定翘曲量，无法电路化。
在比较例2中，如表1所示，绝缘层2上的非电路部分4和电路部分3的面积的总和相对于金属箔1的面积为30％。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在比较例2中，翘曲量为11.4mm，产生了大幅的翘曲。
在比较例3中，如表1所示，金属箔的线膨胀系数为39.7ppm/℃，并使用了苯酚酚醛清漆(明和化成公司制，“HF-4M”)作为绝缘层2中使用的固化剂。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在比较例3中，翘曲量为4.9mm，超过了3mm。
在比较例4中，如表1所示，绝缘层2的线膨胀系数为127.5ppm/℃，无机填料的体积％为0。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在比较例4中，翘曲量为7.3mm，超过了3mm。
在比较例5中，如表1所示，电路部分和非电路部分的线膨胀系数为4.3ppm/℃，并使用了胺类固化剂和苯酚酚醛清漆(明和化成公司制，“HF-4M”)作为绝缘层2中使用的固化剂、咪唑类固化催化剂(四国化成公司制，“2，3-二氢-1H-吡咯[1，2-a]苯并咪唑”)。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在比较例5中，翘曲量为6.7mm，超过了3mm。
在比较例6中，如表1所示，金属箔的线膨胀系数为10.5ppm/℃，电路部分和非电路部分的线膨胀系数为23.9ppm/℃，电路部分和非电路部分的线膨胀系数大于金属箔的线膨胀系数，绝缘层2中使用的固化剂为胺类固化剂和苯酚酚醛清漆(明和化成公司制，“HF-4M”)。除此之外，与实施例1同样地进行制作。
在比较例6中，翘曲量为9.2mm，超过了3mm。
如上所述，较之于比较例的金属基电路板相比，本发明的金属基电路板能够将基板的翘曲量抑制在比较例的金属基电路板的翘曲量的一半以下。因此，能够改善形成印刷电路板的电路时以及LED安装时的可操作性。

Claims (4)

1.一种金属基电路板，其具有：
绝缘层，线膨胀系数为60ppm/℃以上120ppm/℃以下；
金属箔，设置于绝缘层的一个面上，由线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下的金属材料构成；
电路部分和非电路部分，形成于绝缘层的另一个面上，线膨胀系数为10ppm/℃以上35ppm/℃以下；以及
白色膜，形成于绝缘层、电路部分和非电路部分之上，
绝缘层上的电路部分和非电路部分的面积的总和相对于金属箔面积为50％以上95％以下，并且，各种材料的线膨胀系数的关系为：
绝缘层的线膨胀系数＞金属箔的线膨胀系数＞电路部分和非电路部分的线膨胀系数。
2.如权利要求1所述的金属基电路板，其中，绝缘层由环氧树脂、固化剂及无机填料形成，相对于绝缘层的总体积，含有40体积％以上70体积％以下的无机填料。
3.如权利要求2所述的金属基电路板，其中，固化剂包含具有羟基和/或氨基的物质。
4.如权利要求1所述的金属基电路板，其中，白色膜中含有作为白色颜料的二氧化钛，二氧化钛为金红石型且其表面被氢氧化铝或二氧化硅所包覆。
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