CN103426993A

CN103426993A - 电子模块、照明装置和制造该电子模块的方法

Info

Publication number: CN103426993A
Application number: CN2012101530241A
Authority: CN
Inventors: 陈小棉; 杨江辉; 李皓; 钟传鹏
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram GmbH; Osram Co Ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-12-04
Also published as: WO2013171273A1

Abstract

本发明涉及一种电子模块（100），包括电子器件（1）、基板（2）和散热体（3），其特征在于，所述基板（2）包括电绝缘的基底（4）和分别设置在所述基底（4）两侧的第一导电层（A1）和第二导热层（A2），所述基板（2）利用所述第一导电层（A1）与所述电子器件（1）导电连接并且利用所述第二导热层（A2）和所述散热体（3）固定连接。此外本发明还涉及一种包括该电子模块的照明装置以及一种制造该电子模块的方法。

Description

电子模块、照明装置和制造该电子模块的方法

技术领域

本发明涉及一种电子模块和一种包括该电子模块的照明装置，以及一种制造该电子模块的方法。

背景技术

在现代的电子装置中广泛地应用了大功率的元器件、例如高亮度的LED光源，其中利用板上芯片封装（COB）技术可以将这些大功率元器件安装在金属基底的电路板（MCPCB）上或者以陶瓷为基底的电路板上，并进而将该电路板和散热器固定在一起，以构成完整的电子模块。因此如何提高这种电子模块的散热效果成为重要的研究方向。

对于具有以金属、例如铝为基底的电路板的电子模块而言，通常需要在电路层和金属基底之间设置绝缘层，该绝缘层的热导率仅仅在1-4W/K*m的范围中。并且在金属基底和与其连接的散热器之间也经常附加地设置有热界面材料，这进一步增大了电子模块内部的热阻，直接影响了电子模块的散热效果。对于具有以陶瓷为基底的电路板的电子模块而言，由于受陶瓷自身特性的限制，其具有的导热率仅仅为大约30W/K*m，这远远小于金属的导热率，因此这种电路板具有相对较大的扩散热阻，这导致热量很难从电路板的一侧传输到另一侧。

发明内容

因此本发明的一个目的在于，提出一种电子模块，该电子模块制造简单、成本低廉，并且在确保位于其中的电子器件正常工作的前提下实现良好的散热效果。

根据本发明的电子模块，包括电子器件、基板和散热体，其特征在于，所述基板包括电绝缘的基底和分别设置在所述基底两侧的第一导电层和第二导热层，所述基板利用所述第一导电层与所述电子器件导电连接并且利用所述第二导热层和所述散热体固定连接。

本发明的构思在于，尽可能地减小电子器件和散热体之间的热阻，以便提高电子模块的散热效果。为了降低电子器件和散热体之间的热阻并确保两者之间的绝缘性，特别地将根据本发明的基板设计为顶面的第一导电层和底面的第二导热层夹持绝缘层构成的“三明治”形基板。由此可以利用和电子器件连接的第一导电层提供电连接途径，并且同时将电子器件在工作时产生的热量传导给基底，并且进一步利用和第一导电层相对设置的第二导热层将基底中的热量经过热阻较小的导热路径传递给散热体。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述第一导电层为金属层。此外，优选地，所述第二导热层为金属层。由于金属具有良好的导电性和导热性以及易接合性，因此分别在电绝缘的基底两侧设置的金属层。

根据本发明的一个优选的设计方案，第一导电层或所述第二导热层为利用下列工艺中之一形成的金属层：溅射、蒸镀、厚膜印刷、化学沉积。第一导电层和/或第二导热层以适合的方式设置在电绝缘的基底两侧上，也就是说，使基底相对设置的两个侧面金属化。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述第一导电层或所述第二导热层的厚度为10-100μm。

优选地，所述基底的厚度小于1mm。

根据本发明的一个优选的设计方案，第一导电层设计为印刷电路层。由此可以利用第一导电层的导电性将各个电子器件彼此电连接。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述基板利用所述第二导热层固定在所述散热体上。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述散热体具有用于和所述第二导热层接触的金属接触面。特别地，第二导热层和所述金属接触面彼此焊接连接。当散热体设计具有用于接触第二导热层的金属接触面时，一方面可以减小散热体和基板之间的热阻，另一方面还可以借助于焊接工艺将散热体和第二导热层牢固地焊接在一起，以便使散热体和基板相对固定。

根据本发明的另一个优选的设计方案，基底由电绝缘的导热材料制成。设置在第一导电层和第二导热层之间的基底不仅可以使这两个金属层之间电绝缘，而且还可以实现两个金属层之间的热传导。

优选地，基底由陶瓷材料制成。例如可以选择Al₂O₃或AlN等适合的材料来制造陶瓷的基底。

根据本发明的另一个优选的设计方案，基底设计为薄片形。为了进一步减小基板自身的热阻，可以尽可能减小热量从第一导电层到散热体的金属接触面之间的直线导热路径，在此，和其他形状的基底相比，设计为片状的基底在垂直方向上具有较小的热阻。在优选的情况下，基底的厚度小于1mm。

根据本发明的一个优选的设计方案，散热体为均热板。均热板是内壁具有微细结构的真空腔体，其通常由例如铜的金属制成。均热板具有与热管类似的设计原理和工作方式，但是由于均热板具有快速散热的特点，即其具有在例如在垂直方向上较小的传导热阻、例如小于0.01K/W，和在水平方向上较小的扩散热阻、例如小于0.02K/W，因此主要用于对高功率的器件进行散热，例如高亮度的LED芯片等。在不同的应用环境下，可以灵活地改变均热板的形状，以适应不同的结构要求。

此外本发明还涉及一种照明装置，该照明装置包括上述电子模块，其中电子器件包括用作光源的LED芯片。安装有这种电子模块的照明装置在应用大功率的LED芯片作为光源的情况下，也可以实现良好的散热，以确保照明装置的正常工作。

此外本发明还涉及一种制造上述电子模块的方法，其特征在于包括以下步骤：

a）提供基板，所述基板包括电绝缘的基底和分别设置在所述基底两侧的第一导电层和第二导热层，

b）提供电子器件和散热体，

c）所述第一导电层和所述电子器件电连接，所述第二导热层和所述散热体导热地固定连接。

在根据本发明的方法中，和制造常规电子模块的方法的区别之处在于，电绝缘的基底的两侧分别设置有第一导电层和第二导热层，由此可以确保第一导电层利用其导电的特性和电子器件电连接，并且由于还存在相对设置的、和散热体导热连接的第二导热层。因此可以利用第二导热层的导热特性，第二导热层经过第一导电层和基底与电子器件热连接，进而实现电子器件和散热体的导热连接。

根据本发明的一个优选的设计方案，在所述步骤a）中还包括以下步骤：

a1）提供电绝缘的基底；

a2)在所述基底的两个相对设置的表面上进行金属化处理，得到所述第一导电层和第二导热层。

根据本发明的一个优选的设计方案，在所述步骤a2）中利用溅射工艺在所述基底两侧形成金属涂层，并利用加成法在其中一侧上加工金属涂层以形成第一导电层，另一侧上的所述金属涂层作为所述第二导热层。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1示出了根据本发明的电子模块的第一实施例的剖面图；

图2示出了制造根据本发明的电子模块的流程图。

具体实施方式

在下面详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，其中，以例证的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。关于图，诸如“顶”、“底”、“上”、“下”等方向性术语参考所描述的附图的方向使用。由于本发明实施例的组件可以在许多不同方向上放置，所以方向术语仅用于说明，而没有任何限制的意思。应该理解的是，可以使用其它实施例，并且在不背离本发明的范围的前提下可以进行结构或逻辑改变。所以，下面详细描述不应被理解为限制性的意思，并且本发明由所附的权利要求限定。

应该理解的是，如果没有其它特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。

在图1中示出了根据本发明的电子模块置100的第一实施例。电子模块置100包括电子器件1、基板2和散热体3。为了减小分别从多个电子器件1到散热体3之间的热阻，特别地设计一种热阻较小、特别是传导热阻和扩散热阻都较小的基板2。这种基板2以具有电绝缘特性的基底4为基础，在基底4相对设置的两个表面上分别设置金属的第一导电层A1和第二导热层A2。基于金属导热导电的特性，第一导电层A1在本实施例中主要用作将各个电子器件1彼此电连接的导电层，而第二导热层A2用作基底4和散热体3之间的导热层，由此使得多个电子器件1在工作时产生的热量可以尽可能多地经过基板2传导到散热体3上。

为了确保电子器件1仅仅和印刷电路电连接，在本实施例中特别将电绝缘的基底4设计为具有导热绝缘特性的陶瓷基底。这种基底4例如可以包括Al2O3或AlN等物质。而第一导电层A1和第二导热层A2可以利用例如溅射、蒸镀、厚膜印刷、化学沉积等工艺以金属薄膜的形式分别形成在基底4的两侧，其中第一导电层A1设计为用于和电子器件1电连接的印刷电路层。此外，为了提高根据本发明的电子模块100散热效果，特别地将散热体3设计具有金属表面，在本实施例中优选地将该散热体3设计为均热板。

第一导电层A1的作用在于，一方面，电子器件1可以和第一导电层A1导电连接，并且借助于第一导电层A1彼此电连接；另一方面，多个电子器件1也可以借助于第一导电层A1将工作时产生的热量传递给电绝缘的基底4。第二导热层A2的作用在于，一方面，来自电子器件1的热量可以通过第二导热层A2均匀高效地传递给散热体3；另一方面，借助于第二导热层A2可以使整个基板2和散热体3的金属接触面A3固定连接。

在图1中示出的第一实施例中，多个电子器件1之间通过飞线6彼此电连接，并且第二导热层A2和金属接触面A3之间通过焊膏彼此焊接在一起。为了进一步减小电子模块100的热阻、特别是减小基板2的热阻，在本实施例中采用设计为片状的陶瓷体作为基底4，其厚度小于1mm。电子器件1可以是LED芯片、电容、电阻或其他电子部件。

在一个未示出的实施例中，可以以其他的散热装置来代替均热板。

图2中示出了制造图1中的电子模块100的方法的流程图。在流程图的前三个框图中示出了如何制造根据本发明的电子模块100的基板2，在第四个框图中示出了由电子器件1、基板2以及散热体3共同组装而成的电子模块100。这种制造方法简单便捷，并且可以低成本大批量地进行生产。

在第一个框图中，首先提供片状的陶瓷基底4，这种基底4具有低热阻、高绝缘性的特点。在第二个框图中，使基底4的两个相对设置的上表面和下表面金属化，这例如借助于溅射、蒸镀、厚膜印刷、化学沉积等适合的工艺来实现。由此可以形成一种“三明治”的夹层结构。随后对设置在基底4上表面上的金属涂层进行处理，以形成常规的印刷电路层。制造印刷电路层可以采样加成法来实现，该过程通常包括以下步骤，即金属涂层上覆盖阻光剂，利用光蚀刻工艺进行显影，将需要用于印制电路板的位置暴露出，然后利用电镀将厚度适合的金属、例如铜填充到预定的暴露位置，以形成完整的电路图，随后再次进行蚀刻处理、即所谓的“去膜”，以除去光阻剂以及被其覆盖的金属膜。由此可以得到在第三个框图中示出的基板2。

在第四个框图中，利用焊膏5将用作导热层的第二导热层A2和具有金属接触面A3的、特别是优选地设计为均热板的散热体3导热地固定连接。在相对的一侧，同样可以将多个（也可以是一个）电子器件1以焊接的方式固定在用作导电层的第一导电层A1上，并且借助于飞线6将多个电子器件1彼此电连接。

另外，尽管仅相对于多种实施方式中的一种公开了本发明的实施例的特定特征或方面，但是如任何给定或特定应用所要求的，这些特征或方面可以与其它实施方式的一个或多个其它特征或方面进行结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

参考标号

1 电子器件

2 基板

3 散热体

4 基底

5 焊膏

6 飞线

A1 第一导电层

A2 第二导热层

A3 金属接触面

100 电子模块

Claims

1.一种电子模块（100），包括电子器件（1）、基板（2）和散热体（3），其特征在于，所述基板（2）包括电绝缘的基底（4）和分别设置在所述基底（4）两侧的第一导电层（A1）和第二导热层（A2），所述基板（2）利用所述第一导电层（A1）与所述电子器件（1）导电连接并且利用所述第二导热层（A2）和所述散热体（3）导热地连接。

2.根据权利要求1所述的电子模块（100），其特征在于，所述第一导电层（A1）为金属层。

3.根据权利要求1所述的电子模块（100），其特征在于，所述第二导热层（A2）为金属层。

4.根据权利要求2或3所述的电子模块（100），其特征在于，所述第一导电层（A1）或所述第二导热层（A2）为利用下列工艺中之一形成的金属层：溅射、蒸镀、厚膜印刷、化学沉积。

5.根据权利要求2或3所述的电子模块（100），其特征在于，所述第一导电层（A1）或所述第二导热层（A2）的厚度为10-100μm。

6.根据权利要求2所述的电子模块（100），其特征在于，所述第一导电层（A1）设计为印刷电路层。

7.根据权利要求2或3所述的电子模块（100），其特征在于，所述基板（2）利用所述第二导热层（A2）固定在所述散热体（3）上。

8.根据权利要求7所述的电子模块（100），其特征在于，所述散热体（3）具有用于和所述第二导热层（A2）接触的金属接触面（A3）。

9.根据权利要求8所述的电子模块（100），其特征在于，所述第二导热层（A2）和所述金属接触面（A3）彼此焊接连接。

10.根据权利要求1所述的电子模块（100），其特征在于，所述基底（4）由电绝缘的导热材料制成。

11.根据权利要求10所述的电子模块（100），其特征在于，所述基底（4）由陶瓷材料制成。

12.根据权利要求1所述的电子模块（100），其特征在于，所述基底（4）设计为薄片形。

13.根据权利要求12所述的电子模块（100），其特征在于，所述基底（4）的厚度小于1mm。

14.根据权利要求2或3中任一项所述的电子模块（100），其特征在于，所述散热体（3）为均热板。

15.一种照明装置，其特征在于，包括权利要求1-14中任一项所述的电子模块（100），其中所述电子器件（1）包括用作光源的LED芯片。

16.一种制造根据权利要求1-14中任一项所述的电子模块（100）的方法，其特征在于包括以下步骤：

a）提供基板（2），所述基板（2）包括电绝缘的基底（4）和分别设置在所述基底（4）两侧的第一导电层（A1）和第二导热层（A2），

b）提供电子器件（1）和散热体（3），

c）所述第一导电层（A1）和所述电子器件（1）电连接，所述第二导热层（A2）和所述散热体（3）导热地固定连接。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步骤a）中还包括以下步骤：

a1）提供电绝缘的基底（4）；

a2)在所述基底（4）的两个相对设置的表面上进行金属化处理，得到所述第一导电层（A1）和第二导热层（A2）。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述步骤a2）中利用溅射工艺在所述基底（4）两侧形成金属涂层，并利用加成法在其中一侧上加工金属涂层以形成第一导电层（A1），另一侧上的所述金属涂层作为所述第二导热层（A2）。