CN102469680A

CN102469680A - 高导热电路板及其制作方法

Info

Publication number: CN102469680A
Application number: CN2010105373452A
Authority: CN
Inventors: 寇崇善
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明有关于一种高导热电路板及其制作方法，其中，高导热电路板包括：一铝基板；一氧化铝层，形成于铝基板上；一类钻碳膜，设于氧化铝层上，且氧化铝层位于类钻碳膜与铝基板间；以及一电路层，设于类钻碳膜上。于本发明中，透过阳极化处理铝基板以于铝基板表面形成具多孔隙结构的氧化铝层，且类钻碳完全填入氧化铝层的孔洞中。利用氧化铝层及类钻碳膜，可使电路板展现极高的热传导效率。

Description

高导热电路板及其制作方法

技术领域

本发明关于一种高导热电路板及其制作方法，尤指一种适用于与高功率电子元件合并使用的高导热电路板及其制作方法。

背景技术

随着电子产业的蓬勃发展，如发光二极管(Light Emitting Diode，LED)等高功率的电子元件应用越来越盛行。然而，一般电子产品常用的铜箔印刷电路板，如：FR4，已不足以满足散热的要求。

为因应高功率电子元件散热需求，目前产业界已发展出金属核心印刷电路板(Metal Core PCB(MCPCB))，如图1所示，其包括：一金属基板10；一绝缘层11，设于金属基板10上；以及一电路层12，设于绝缘层11上方。通过将印刷电路板(绝缘层11及电路层12所构成)贴附在热传导性较佳的金属基板10(如铝或铜等)上，可改善传热路径并提高散热效率。

一般而言，金属核心印刷电路板中绝缘层11的介电材料组成与厚度与其剥离强度、崩溃电压、热导系数、操作电压等特性极为相关。然而，现行使用的介电材料主要为如环氧树脂等的环氧化物，其导热性不良。此外，为达到崩溃电压及操作电压的要求，绝缘层厚度至少须75μm，故不易达到散热效果。再者，由于介电材料的不耐高温，故电路系统运作时的温度不得超过130℃。因此，即便是金属核心印刷电路板，仍无法满足日益提高的高功率的电子元件应用的要求。

据此，目前已发展出使用类钻碳做为介电材料，相较于环氧树脂的热传导率(小于1W/mK)，其类钻碳的热传导率(400～600W/mK)提升许多。同时，类钻碳更具有良好的绝缘性，且操作温度可高达300℃。因此，目前已发展出一种以类碳钻做为介电层材料的金属核心印刷电路板，如图2所示，其包括：一金属基板20；一类钻碳膜21，设于金属基板20上；一电路层22，设于类钻碳膜21上；一绝缘层23，包覆电路层22的表面；一焊料24，设于电路层22上，且电路层22透过焊料24以与外界高功率电子元件电性连接。其构想在于利用类钻碳膜21的高热传导率可先将热源做横向的传导，再传至金属基板20，以达到大面积快速散热以提升金属核心印刷电路板的散热效率。因此，若将LED这类具高集中性的热源的电子元件设于以类碳钻做为介电层材料的金属核心印刷电路板上时，能快速将LED的元件温度降低。

然而，一般被覆在金属基板表面的类钻碳膜的厚度仅有2μm，故在横向热传依然有较大热阻抗，限制了热源能横向传导的效果。此外，类钻碳膜的电阻率为10¹⁰Ωcm，小于环氧树脂的10¹²Ωcm，容易产生较大漏电电流，而不利高电压及高功率的操作。

因此，目前亟需发展出一种高导热电路板，除了可达到快速散热的目的外，还可改善类钻碳膜电阻较小的缺点，以有效降低电路板漏电电流。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高导热电路板，能快速且大面积的散热，以确保高功率半导体元件及电子电路的正常操作。

本发明的另一目的在于提供一种高导热电路板的制作方法，能制作出可应用于高功率的电子元件上的电路板。

为达成上述目的，本发明的高导热电路板，包括：一铝基板；一氧化铝层，形成于铝基板上；一类钻碳膜，设于氧化铝层上，且氧化铝层位于类钻碳膜与铝基板间；以及一电路层，设于类钻碳膜上。

此外，本发明还提供一种高导热电路板的制作方法，包括下列步骤：(A)提供一铝基板，铝基板具有一上表面及一下表面；(B)表面处理铝基板的上表面，以形成一氧化铝层；(C)形成一类钻碳膜于氧化铝层上，使氧化铝层位于类钻碳膜与铝基板间；以及(D)形成一电路层于类钻碳膜上。

因此，本发明的高导热电路板及其制作方法，透过表面处理铝基板，以改质铝基板表面而形成氧化铝层，再被覆类钻碳膜，而后在类钻碳膜上布设一线路层。相较于类钻碳膜，由于氧化铝层的导热性较差(33W/mK)，但氧化铝层的导热性却远大于环氧树脂的热传导率，因此，氧化铝层可做为一缓冲层以降低热源向下直接传导的速率，进而提高热源沿着类钻碳膜做横向传导趋势。同时，相较于类钻碳膜，氧化铝层的电阻较大，故能有效改善类钻碳膜较小电阻的缺点，进而有效降低电路板漏电电流。

于本发明的高导热电路板的制作方法中，步骤(B)为：阳极化处理铝基板的上表面，以形成氧化铝层。在此，所形成的氧化铝层具有一多孔隙结构，且多孔隙结构包含有多个孔洞。同时，设于氧化铝层上的类钻碳膜，亦填入多孔隙结构的多个孔洞中。透过阳极化处理可形成具有多孔隙结构的氧化铝层，且而后所形成的类钻碳膜还可填入多孔隙结构的孔洞中。由于类钻碳膜可填入氧化铝层的多孔隙结构中，故热源一方面因氧化铝层的缓冲而横向传导，同时又能沿着孔隙结构做直向传导，如此便能达到将集中热源做大面积散热的效果。此外，多孔隙结构亦能提高类钻碳膜的被覆性。

于本发明的高导热电路板的制作方法中，于步骤(C)中，使用电浆辅助化学气相沉积法(Plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、溅射物理气相沉积法(Sputtering physical vapor deposition，PCVD)、电弧物理气相沉积法(Cathodic Arc physical vapor deposition)、或大气电浆辅助化学气相沉积法，以于氧化铝层上形成类钻碳膜。

于本发明的高导热电路板及其制作方法中，氧化铝层的厚度可为1～10μm，较佳为2～8μm，更佳为4～6μm。此外，而类钻碳膜的厚度可为2～5μm。

再者，于本发明的高导热电路板的制作方法中，于步骤(D)后还包括一步骤(E)：形成一绝缘保护层于电路层上，且绝缘保护层包覆的电路层的表面。因此，本发明的高导热电路板还包括一绝缘保护层，其包覆电路层的表面。此外，绝缘保护层的材料可为一般常用的绝缘材料，较佳为聚亚酰胺。

于本发明的高导热电路板及其制作方法中，还包括一散热结构，其设于铝基板的下表面，以加速散热。其中，散热结构可为一散热鳍片、或一表面形成有类钻碳膜的散热鳍片。

附图说明

图1是现有金属核心印刷电路板的示意图。

图2是现有的以类碳钻做为介电层材料的金属核心印刷电路板的示意图。

图3是本发明一较佳实施例的高导热电路板的制作流程剖面示意图。

图4是本发明一较佳实施例的高导热电路板的局部放大图。

图5是本发明另一较佳实施例的高导热电路板的示意图。

【主要元件符号说明】

10 金属基板 11 绝缘层

12 电路层 20 金属基板

21 类钻碳膜 22 电路层

23 绝缘层 24 焊料

30 铝基板 301 上表面

302 下表面 31 氧化铝层

311 孔洞 32 类钻碳膜

33 电路层 34 绝缘保护层

35 焊锡 36 散热结构

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本创作的精神下进行各种修饰与变更。

图3为本发明一较佳实施例的高导热电路板的制作流程剖面示意图。

如图3A所示，首先，提供一铝基板30，其具有一上表面301及一下表面302。而后，阳极化处理铝基板30的上表面301，以形成一氧化铝层31，如图3B所示。通过此阳极化处理，可使铝基板30表面形成一具有多孔隙结构的氧化铝层31。在此，氧化铝层31的厚度可介于1至10μm之间。于本实施例中，氧化铝层31的厚度为5μm。

而后，如图3B所示，形成一类钻碳膜32于氧化铝层31上，使氧化铝层31位于类钻碳膜32与铝基板30间。在此，可使用电浆辅助化学气相沉积法、溅射物理气相沉积法、电弧物理气相沉积法、或大气电浆辅助化学气相沉积法等方式，形成厚度介于2至5μm之间的类钻碳膜32。于本实施例中，使用电浆辅助化学气相沉积法形成厚度为2μm的类钻碳膜32。

接着，如图3C所示，以一般现有的电路层制作方法，制作出图案化的电路层33。而后，再形成一绝缘保护层34于电路层33上，且绝缘保护层34包覆的电路层33的表面。在此，绝缘保护层34的材料为聚亚酰胺。

最后，如图3D所示，于电路层33上形成一焊锡35，且透过此焊锡35可使电路层33与外界高功率电子元件(图中未示)电性连接。

因此，如图3D所示，本实施例所形成的高导热电路板包括：一铝基板30；一氧化铝层31，形成于铝基板30上；一类钻碳膜32，设于氧化铝层31上，且氧化铝层31位于类钻碳膜32与铝基板30间；以及一电路层33，设于类钻碳膜32上。此外，本实施例的高导热电路板还包括：一绝缘保护层34，其包覆电路层33的外露表面；以及一焊锡35，其设于电路层33上，并透过此焊锡35可使电路层33与外界高功率电子元件(图中未示)电性连接。

为更加详细了解本实施例的高导热电路板散热机制，图4为图3D的局部放大图，而热传导方向如图中箭头所示。如图4所示，本实施例的高导热电路板的氧化铝层31，其多孔隙结构包含有多个孔洞311。此外，氧化铝层31上的类钻碳膜32还填入多孔隙结构的孔洞311中并形成致密的绝缘层。

在此，因氧化铝层31的导热性较类钻碳膜32差，故可形成缓冲层以降低热源向下直接传导的速率，进而提高热源沿着类钻碳膜32做横向传导。同时，热源亦可沿着孔洞311做直向传导。

除此之外，本发明的另一较佳实施例提供一种高导热电路板，如图5所示，其制作方法与结构均与上述实施例相同，除了铝基板30的下表面302设有一散热结构36。于本实施例中，此散热结构36为一散热鳍片。

综上所述，本发明的高导热电路板及其制作方法，透过同时使用具多孔隙结构的氧化铝层及类钻碳膜，而帮助热源做横向传导，以达到将集中热源做大面积散热的效果。同时，因氧化铝层的电阻大，而可改善因类钻碳膜电阻小而造成电路板漏电电流的问题。据此，本发明的高导热电路板，可应用于各种高功率的电子元件，以提升散热效率。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种高导热电路板，其特征在于包括：

一铝基板；

一氧化铝层，形成于该铝基板上；

一类钻碳膜，设于该氧化铝层上，且该氧化铝层位于该类钻碳膜与该铝基板间；以及

一电路层，设于该类钻碳膜上。

2.如权利要求1所述的高导热电路板，其特征在于，该氧化铝层具有一多孔隙结构，且该多孔隙结构包含有多个孔洞。

3.如权利要求2所述的高导热电路板，其特征在于，该类钻碳膜设于该氧化铝层上，且填入该多孔隙结构的该多个孔洞中。

4.如权利要求1所述的高导热电路板，其特征在于，该氧化铝层的厚度为1～10μm。

5.如权利要求1所述的高导热电路板，其特征在于，该类钻碳膜的厚度为2～5μm。

6.如权利要求1所述的高导热电路板，其特征在于，还包括一绝缘保护层，该绝缘保护层包覆该电路层的表面。

7.如权利要求6所述的高导热电路板，其特征在于，该绝缘保护层的材料为聚亚酰胺。

8.如权利要求1所述的高导热电路板，其特征在于，还包括一散热结构，该散热结构设于该铝基板的一下表面。

9.如权利要求8所述的高导热电路板，其特征在于，该散热结构为一散热鳍片、或一表面形成有类钻碳膜的散热鳍片。

10.一种高导热电路板的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

(A)提供一铝基板，该铝基板具有一上表面及一下表面；

(B)表面处理该铝基板的该上表面，以形成一氧化铝层；

(C)形成一类钻碳膜于该氧化铝层上，使该氧化铝层位于该类钻碳膜与该铝基板间；以及

(D)形成一电路层于该类钻碳膜上。

11.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，步骤(B)为：阳极化处理该铝基板的该上表面，以形成该氧化铝层。

12.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该氧化铝层具有一多孔隙结构，且该多孔隙结构包含有多个孔洞。

13.如权利要求12所述的制作方法，其特征在于，该类钻碳膜设于该氧化铝层上，且填入该多孔隙结构的该多个孔洞中。

14.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，于步骤(C)中，使用电浆辅助化学气相沉积法、溅射物理气相沉积法、电弧物理气相沉积法、或大气电浆辅助化学气相沉积法，以于该氧化铝层上形成该类钻碳膜。

15.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该氧化铝层的厚度为1～10μm。

16.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该类钻碳膜的厚度为2～5μm。

17.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，于步骤(D)后还包括一步骤(E)：形成一绝缘保护层于该电路层上，且该绝缘保护层包覆的该电路层的表面。

18.如权利要求17所述的制作方法，其特征在于，该绝缘保护层的材料为聚亚酰胺。

19.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，该铝基板的该下表面设有一散热结构。

20.如权利要求19所述的制作方法，其特征在于，该散热结构为一散热鳍片、或一表面形成有类钻碳膜的散热鳍片。