CN102569224A - 高散热性电路载板及相关的电路模组 - Google Patents

Abstract

本案提出的电路载板之一，包含有：一石墨基板；一绝缘层，只覆盖该石墨基板的一第一表面的局部区域；一导热层，位于该第一表面上，与该石墨基板直接接触，且未被该绝缘层所包覆；以及一电路层，位于该绝缘层上方；其中该导热层上可供设置一或多个电子构件，且该电路层可透过导线与该一或多个电子构件电性连接。

Description

高散热性电路载板及相关的电路模组

技术领域

本发明有关电路载板的结构，尤指一种具高散热特性的电路载板结构及相关的电路模组。

背景技术

对于许多电路模组而言，散热的问题长久以来一直是影响电路设计和效能的主要因素之一。一般而言，电路元件的效能愈强，所产生的总热量就愈高。没有良好的散热设计，会造成电路元件的温度过高，降低整体电路运作的稳定性和缩短电路元件的寿命。

在传统的电路模组设计中，通常是采用铝、铜等金属做为电路载板，以充当电路元件散热的媒介。然而，在某些应用中，以铝、铜等金属所制作的电路载板，无法提供足够的散热功能。此外，以金属作为电路载板的成本，随着原物料价格不断上涨而日益提高。此外，金属的加工处理过程相当耗量，且处理过程产生的排放物也容易造成环保上的疑虑。

发明内容

有鉴于此，如何以其它材质来制造具良好散热特性的电路载板，并减轻对环境的污染，实系业界有待解决的问题。

本说明书提供了一种电路载板的实施例，其包含有：一石墨基板；一绝缘层，只覆盖该石墨基板的一第一表面的局部区域；一导热层，位于该第一表面上，与该石墨基板直接接触，且未被该绝缘层所包覆；以及一电路层，位于该绝缘层上方；其中该导热层上可供设置一或多个电子构件，且该电路层可透过导线与该一或多个电子构件电性连接。

本说明书另提供了一种电路模组的实施例，其包含有：一石墨基板；一绝缘层，只覆盖该石墨基板的一第一表面的局部区域，并与该石墨基板直接接触；一电路层，位于该绝缘层上方；一导热层，位于该第一表面上，与该石墨基板直接接触，且未被该绝缘层所包覆；一或多个电子构件，设置于该导热层上；以及复数条导线，用以电性连接该电路层与该一或多个电子构件；其中该石墨基板的该第一表面上包含有未被该绝缘层或该导热层遮蔽的一或多个散热区域。

附图说明

图1为本发明的电路模组的一实施例简化后的示意图。

图2～图7为图1中的电路模组的不同实施例简化后的剖面图。

图8为本发明的电路模组的另一实施例简化后的示意图。

图9～图10为图8中的电路模组的不同实施例简化后的剖面图。

【主要元件符号说明】

100、800       电路模组

102            石墨基板

104            上表面

106            下表面

110            绝缘区

120            承载区

122            电子构件

124            导线

130            走线区

140            散热区

212            绝缘层

222            导热层

232        电路层

234        防焊油墨层

342        碳化物层

610        承载装置

620、720   接合剂

710        散热装置

712        散热鳍片

具体实施方式

以下将搭配本发明部分实施例的相关图式，来说明本发明的技术内容。在这些图式中，可能会用相同的标号来表示功能与结构相同或类似的元件。在通篇说明书及后续的权项当中所提及的「元件」(element)一词，包含了构件(component)、层构造(layer)、或区域(region)的概念。

在绘示图式时，某些元件的尺寸及相对大小会被加以放大，以使图式的内容能清楚地表达。另外，某些元件的形状会被简化以方便绘示。因此，图式中所绘示的各元件的形状、尺寸及相对大小，除非申请人有特别指明，否则不应被用来限缩本发明的范围。此外，本发明可用许多不同的形式来体现，在解释本发明时，不应限缩在本说明书所提出的示例性实施例的态样。

在说明书及后续的权利要求中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在通篇说明书及后续的权项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于...」。在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非申请人有特别指明，否则任何单数格的用语，在此都同时包含复数格的涵义。

在通篇说明书及后续的权项当中，若描述第一元件在第二元件上(on)、在第二元件上方(above)、连接、接合、或耦接于第二元件，则可表示第一元件直接位在第二元件上、直接连接、直接接合、直接耦接于第二元件，也可表示第一元件与第二元件间有其他中介元件存在。相对之下，若描述第一元件直接位在第二元件上(directly on)、直接连接、直接接合、或直接耦接于第二元件，则代表第一元件与第二元件间没有其他中介元件存在。

为了说明上的方便，在此可能会使用一些与空间中的相对位置有关的叙述，例如「于...上」、「在...上方」、「于...下」、「在...下方」、「高于...」、「低于...」、「向上」、「向下」等等，来描述图式中的某一元件的功能或是该元件与其他元件间的相对空间关系。本领域技术人员应可理解，这些与空间中的相对位置有关的叙述，不仅包含所描述的元件在图式中的指向关系(orientation)，也包含了所描述的元件在使用、运作、或组装时的各种不同指向关系。例如，若将图式上下颠倒过来，则原先用「于...上」来描述的元件，就会变成「于...下」。因此，在此所使用的「于...上」的描述方式，包含了「于...下」以及「于...上」两种不同的指向关系。同理，在此所使用的「向上」一词，包含了「向上」以及「向下」两种不同的指向关系。

请参考图1，其所绘示为本发明一实施例的电路模组100简化后的示意图。电路模组100包含有以石墨基板102作为主体的一电路载板以及设置于该电路载板上的复数个电子构件122。如图所示，石墨基板102包含一上表面104以及一下表面106。在本实施例中，石墨基板102的上表面104包含有一绝缘区(Insulation Region)110、一承载区(Supporting Region)120、以及一散热区(Heat Dissipation Region)140，其中绝缘区110上设有复数个走线区(Wiring Region)130。

实作上，石墨基板102可以用天然石墨(Natural Graphite)、发泡石墨(Graphite Foam)、人造石墨、热解石墨(Pyrolytic Graphite)、挤压石墨(SqueezeGraphite)、冷等静压石墨(Isostatic Graphite)、以及电火花加工用石墨(EDMGraphite)的其中之一来实现，也可以用上述材料的混合来制作石墨基板102。由于发泡石墨的比表面积(Specific Surface Region)为上述石墨材料中最高，且其加工最容易，所以用发泡石墨来制作石墨基板102可降低制造的复杂度。

为了要有足够的机械结构强度，石墨基板102的厚度宜大于1毫米(millimeter)。在较佳实施例中，石墨基板102的厚度是介于1～20毫米之间。

在电路模组100中，绝缘区110只设置于石墨基板102的上表面104的局部区域，而不会占据石墨基板102的整个上表面104。

以下将搭配图2到图7来进一步说明电路模组100的实施方式。

图2为电路模组100的一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。如图2所示，于石墨基板102的上表面104的绝缘区110上，设有与石墨基板102直接接触的绝缘层212。由于绝缘区110只设置于石墨基板102的上表面104的局部区域，所以绝缘层212也只会覆盖上表面104的局部区域。实作上，绝缘层212可用高分子接合材料来实现。

于石墨基板102的上表面104的承载区120上，设有与石墨基板102直接接触、且未被绝缘层212所包覆的导热层222。实作上，导热层222可用真空溅镀、真空蒸镀、电镀、化学镀膜等方式，形成于石墨基板102的上表面104上。一般而言，当导热层222的厚度大于10微米(micrometer)时，可完整覆盖石墨基板102的上表面104自然存在的不平整细节。在组装时，可利用电子构件直接固晶接合(Chip on Board，COB)的方式，将电子构件122直接接合设置于导热层222上，以提升电路模组100的制造效率。

在电子构件122是发光元件(例如LED晶粒)的实施例中，导热层222可用高反射性的铝(Al)、银(Ag)、铬(Cr)、金(Au)、钯(Pd)、镍(Ni)、硫酸钡(BaSO4)、碳化硅(Silicon Carbide)、氮化铝(AlN)、以及氧化铝(Al2O3)的其中之一来实现，也可以用上述材料的混合来制作，以提升电路模组100的整体辉度。在电子构件122不是发光元件的实施例中，则除了上述材料之外，还可用奈米碳管(Carbon Nanotube)、奈米碳球(Carbon Nano Capsule)、或这两者与上述材料的组合来实现导热层222。

如前所述，走线区130是设置于绝缘区110上。在实施例中，走线区130包含有形成于绝缘层212上方的电路层232。走线区130中的电路层232可用铜箔等导电性材料来制作，且电路层232可透过导线124与导热层222上的电子构件122电性连接。在电路层232外，则包覆有防焊油墨层234，以保护电路层232的电子线路。

在图2的实施例中，位于石墨基板102的上表面104的散热区140，是没有被绝缘层212或导热层222遮蔽的裸露面。由于导热层222与石墨基板102的上表面104是直接接触，并未以绝缘层212作为中介媒介，所以电子构件122产生的热能有效地透过导热层222传导至石墨基板102。石墨基板102本身具有良好的导热性(thermal conductivity)，故电子构件122产生的热，会透过石墨基板102上表面104上的散热区140和石墨基板102的下表面106，迅速地发散到外界环境，达到良好的散热效果。

图3为电路模组100的另一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。如图3所示，可于石墨基板102的上表面104的散热区140上，涂布一层碳化物层342，如奈米碳管、奈米碳球、及/或碳化硅等，以提高对石墨基板102的上表面104的保护或抗磨损能力，并增强散热效果。

实作上，也可用机械加工成型方式、放电加工成型方式、或其他成型方式，将前述各实施例中的散热区140设计成上凸形状或下凹形状的立体结构，以增加散热区140的散热面积，进一步提升石墨基板102的散热效能。

在前面的实施例中，石墨基板102的上表面104的承载区120，是实质上呈平板状。实作上，为了达到特定的效果，亦可用机械加工成型方式、放电加工成型方式、射出成型方式、或其他成型方式，将承载区120设计成立体状结构。

例如，图4绘示电路模组100的另一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。在图4所示的实施例中，位于石墨基板102的上表面104的承载区120，是呈下凹形状的立体结构。由于承载区120是呈下凹的立体形状，设于承载区120上的导热层222也会跟着呈下凹的立体形状。在电子构件122是发光元件(例如LED晶粒)、且导热层222是用上述的高反射性材料制作的实施例中，呈下凹立体状的导热层222会将该发光元件发出的光线向上反射(如图4中的虚线所示)，可进一步提升电路模组100的照明效果。

在前面的实施例中，石墨基板102的下表面106是实质上呈平板状。实作上，为了达到特定的效果，亦可用机械加工成型方式、放电加工成型方式、或其他成型方式，将石墨基板102的下表面106设计成立体状结构。

例如，图5绘示电路模组100的另一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。在图5所示的实施例中，石墨基板102的下表面106是呈凹凸状的立体结构。这样的设计可增加石墨基板102的下表面106的散热面积，进而提升石墨基板102的散热效能。

除了将石墨基板102的下表面106设计成立体状结构外，亦可于石墨基板102的下表面106上涂布一层碳化物层，如奈米碳管、奈米碳球、及/或碳化硅等，以进一步增加石墨基板102的下表面106的散热效果，并同时提高对石墨基板102的下表面106的保护或抗磨损能力。

图6绘示电路模组100的另一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。在图6所示的实施例中，利用接合剂620将一承载装置(例如，一承载座)610接合于石墨基板102的下表面106，以增强电路载板的整体结构刚性，并方便该电路载板的后续安装使用。实作上，承载装置610可用金属材料或工程塑胶来制作。

图7绘示电路模组100的另一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。在图7所示的实施例中，会利用接合剂720将一散热装置710接合于石墨基板102的下表面106，以增强电路载板的整体散热效能，并可同时增强电路载板的整体结构刚性。在本实施例中，散热装置710包含有复数个散热鳍片712，可有效增加电路模组100的整体散热面积。实作上，散热装置710及/或其散热鳍片712，可用金属材料或上述的石墨材料来制作。另外，还可于散热装置710及/或其散热鳍片712的表面上涂布一层碳化物层，如奈米碳管、奈米碳球、及/或碳化硅等，以进一步增加电路模组100的整体散热效果。

本领域技术人员应可理解，前述绝缘区110、承载区120、走线区130以及散热区140的个数、形状、或位置，都可依实际电路设计的需要而调整，并不局限于前述实施例所绘示的态样。例如，石墨基板102的上表面104可以有多个分开的、不同形状及大小的绝缘区110，也可以有多个分开的、不同形状及大小的走线区130。同样地，石墨基板102的上表面104可以有多个分开的、不同形状及大小的承载区120，也可以有多个分开的、不同形状及大小的散热区140。例如，图8为本发明另一实施例的电路模组800简化后的示意图。在电路模组800中，石墨基板102的上表面104包含有两个分开的承载区120。

图9为电路模组800的一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。在本实施例中，石墨基板102的上表面104上的两个承载区120，都是实质上呈平板状，与图2的实施例类似。

图10为电路模组800的另一实施例延A-A’方向简化后的剖面图。如图10所示，本实施例中的两个承载区120，都是实质上呈下凹形状的立体结构，与图4的实施例类似。因此，设于两个承载区120上的导热层222也会跟着呈下凹的立体形状。与前述实施例类似，在电子构件122是发光元件(例如LED晶粒)、且导热层222是用高反射性材料制作的实施例中，呈下凹立体状的导热层222会将该发光元件发出的光线向上反射(如图10中的虚线所示)，可进一步提升电路模组800的照明效果。

前述不同实施例中的多项技术特征，可以互相组合，藉以提升以石墨基板102为主体的电路载板及电路模组的整体散热效果或结构刚性。另外，也可将前述不同实施例中的多项技术特征互相组合，以提升电路模组的整体发光效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种电路载板，其包含有：

一石墨基板；

一绝缘层，只覆盖该石墨基板的一第一表面的局部区域；

一导热层，位于该第一表面上，与该石墨基板直接接触，且未被该绝缘层所包覆；以及

一电路层，位于该绝缘层上方；

其中该导热层上可供设置一或多个电子构件，且该电路层可透过导线与该一或多个电子构件电性连接。

2.如权利要求1所述的电路载板，其中该石墨基板的材料是选自于由天然石墨、发泡石墨、人造石墨、热解石墨、挤压石墨、冷等静压石墨、以及电火花加工用石墨所组成的群组。

3.如权利要求2所述的电路载板，其中该石墨基板的厚度大于1毫米。

4.如权利要求3所述的电路载板，其中该导热层的厚度大于10微米。

5.如权利要求1所述的电路载板，其中该导热层的材料是选自于由铝、银、铬、金、钯、镍、硫酸钡、碳化硅、氮化铝、氧化铝、奈米碳管、以及奈米碳球所组成的群组。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的电路载板，其中该导热层具有一立体形状。

7.如权利要求1、2、3、4或5所述的电路载板，其中该石墨基板另包含有：

一或多个散热区，位于该石墨基板的该第一表面上，且未被该绝缘层或该导热层所包覆。

8.一种电路模组，其包含有：

一石墨基板；

一绝缘层，只覆盖该石墨基板的一第一表面的局部区域，并与该石墨基板直接接触；

一电路层，位于该绝缘层上方；

一导热层，位于该第一表面上，与该石墨基板直接接触，且未被该绝缘层所包覆；

一或多个电子构件，设置于该导热层上；以及

复数条导线，用以电性连接该电路层与该一或多个电子构件；

其中该石墨基板的该第一表面上包含有未被该绝缘层或该导热层遮蔽的一或多个散热区。

9.如权利要求8所述的电路模组，其中该一或多个电子构件包含有至少一LED晶粒。

10.如权利要求8或9所述的电路模组，其中该石墨基板的厚度大于1毫米，且该石墨基板的材料是选自于由天然石墨、发泡石墨、人造石墨、热解石墨、挤压石墨、冷等静压石墨、以及电火花加工用石墨所组成的群组。

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