CN103428992A

CN103428992A - 电路板、电子模块和照明装置以及制造该电路板的方法

Info

Publication number: CN103428992A
Application number: CN2012101529102A
Authority: CN
Inventors: 杨江辉; 陈鹏; 李皓; 陈小棉
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: WO2013171283A1

Abstract

本发明涉及一种电路板（100），包括基底（1）和导电层（3），其特征在于，所述基底（1）在朝向所述导电层（3）一侧的表面上具有第一区域（R1）和第二区域（R2），所述第一区域（R1）上设置有第一绝缘层（2.1），所述第二区域（R2）上设置有第二绝缘层（2.2），所述第一绝缘层（2.1）和所述第二绝缘层（2.2）具有不同的导热率。此外本发明还涉及包括该电路板的一种电子模块以及一种照明装置。本发明还涉及一种制造该电路板的方法。

Description

电路板、电子模块和照明装置以及制造该电路板的方法

技术领域

本发明涉及一种电路板以及具有该电路板的一种电子模块和一种照明装置。此外本发明还涉及一种制造该电路板的方法。

背景技术

在现代的照明装置中、特别是大功率的LED照明装置中，电路板的热阻占据了照明装置总热阻的绝大部分。以传统的以金属为基底的电路板（MCPCB）为例，可以被视为热源的LED芯片在工作时产生的热量必须分别经过依次设置在金属基底、例如铝制基底的表面上的导电层和绝缘层才能传递给基底。由于绝缘层通常由聚合物制成，因此其导热率非常低。这导致在LED芯片和金属基底之间存在相对较大的热阻。以相对新颖的以陶瓷为基底的电路板（Ceramic PCB）为例，同样被视为热源的LED芯片在工作时产生的热量尽管只经过设置在陶瓷基底的表面上的导电层就可以传递给陶瓷基底，但是受陶瓷自身特性的限制，陶瓷基底的导热率相对于例如由铝制的金属基底而言比较低，因此导致整个照明装置仍具有较高的热阻。并且这种以陶瓷为基础的电路板还容易断裂或被折损，并且具有较大的自重。

发明内容

因此本发明的一个目的在于，提出一种电路板，该电路板制造简单、成本低廉、重量较轻，并且具有低热阻的优点。安装在这种电路板中的电子器件在工作时产生的热量可以被迅速地导出到外界环境中，以实现良好的散热效果。

根据本发明的电路板，包括基底和导电层，其特征在于，所述基底在朝向所述导电层一侧的表面上具有第一区域和第二区域，所述第一区域上设置有第一绝缘层，所述第二区域上设置有第二绝缘层，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层具有不同的导热率。通过选择导热率不同的绝缘层覆盖基底，可以有针对性地减小电路板局部区域的热阻，由此可以在不影响安装在电路板上的电子器件和电路板电连接的前提下，为电子器件提供高效迅速的导热路径。这种结构简单的电路板特别适合用于承载大功率的电子器件。

根据本发明的一个优选的设计方案，第一绝缘层具有比第二绝缘层高的导热率。由此可以使待散热的电子器件和第一绝缘层热接触，以便主要借助于高导热率的第一绝缘层进行散热。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述基底由金属制成。由于金属具有高导热率、高硬度的特点，因此特别适合用作电路板的基底。此外由于在导电层和基底之间分别设置了第一和第二绝缘层，因此也不会由于基底的金属性而影响整个电路板的导电功能。该金属基底的导热率可以达到140-398K/（W*m）。在此基底可以优选地采用以下材料中的一种制成：铝、铝合金和铜。

根据本发明的一个优选的设计方案，第一绝缘层为陶瓷绝缘层。陶瓷绝缘层例如可以具有20-39K/（W*m）的导热率。优选地，第一绝缘层由Al₂O₃制成。第一绝缘层也可以由AlN制成，由此可以使陶瓷绝缘层例如可以具有150-180K/（W*m）的导热率。

根据本发明的另一个优选的设计方案，所述第二绝缘层为聚合物绝缘层。该聚合物绝缘层的导热率通常小于3K/（W*m）。

根据本发明的另一个优选的设计方案，所述导电层包括至少两个第一连接区域以及第二连接区域，所述第一、第二连接区域中的任两个连接区域彼此间隔开。导电层通常是印刷电路层，其中的两个第一连接区域例如可以分别电连接电子器件的正负极引脚，由此需要将这两个第一连接区域彼此分离地设计，并且优选地也和第二连接区域间隔开。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述第二连接区域设置在第一绝缘层上方，并且所述第一连接区域设置在第二绝缘层上方。由于第一连接区域主要用于和电子器件电连接，因此优选地将其设置在导热率相对较小的第二绝缘层上方；而第二连接区域设计用于和产生热量的电子器件热接触，因此优选地将其设置在导热率相对较大的第一绝缘层上方。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述第二连接区域至少部分地覆盖第一绝缘层的表面。由此使得也具有导热特性的导电层尽可能大面积地和第一绝缘层接触，以便将大量的热量经过第一绝缘层传递给基底。

此外本发明还涉及一种电子模块，包括至少一个电子器件，其特征在于，还包括上述电路板，用于承载所述电子器件。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述电子器件具有第一导电部、第二导电部以及导热部，所述第一导电部、第二导电部分别和第一连接区域连接，并且导热部和第二连接区域连接。由此可以确保电子器件在和电路板上的第一连接区域电连接的同时，还可以将电子器件在工作时产生的热量通过导热部域传递到电路板的第二连接区域上，用于进行高效的散热。

此外本发明还涉及一种照明装置，其特征在于，包括上述电子模块，其中所述电子器件包括用作光源的LED芯片。通过在照明装置中安装根据本发明的电路板，可以对高功率的LED芯片以及其他电子器件进行散热，由此延长整个照明装置的使用寿命。

本发明的另一个目的在于，提出一种制造上述电路板的方法，其特征在于包括以下步骤：

a）提供基底，其中在所述基底在朝向所述导电层一侧的表面上具有第一区域和第二区域；

b）在所述第一区域上设置第一绝缘层，在所述第二区域上设置第二绝缘层；

c）在所述第一、第二绝缘层上方设置所述导电层。

根据本发明的一个优选的设计方案，在所述步骤b）中包括下列步骤：

b1）在所述第一区域和第二区域上完全覆盖第二绝缘层；

b2）去除覆盖在所述第一区域上的所述第二绝缘层，形成凹腔；

b3）在所述凹腔中填充所述第一绝缘层。

根据本发明的一个优选的设计方案，所述第一绝缘层具有比第二绝缘层高的导热率。

根据本发明的一个优选的设计方案，在所述步骤b2）中利用激光处理工艺或机械方式去除所述第二绝缘层。类似的加工方式还有打磨或钻孔。

根据本发明的一个优选的设计方案，在所述步骤b3）中还包括以下步骤：

b3.1）提供陶瓷粉末，所述陶瓷粉末位于所述凹腔中；

b3.2）利用激光熔覆工艺熔化所述陶瓷粉末；

b3.3）冷却熔化状态的所述陶瓷粉末以形成所述第一绝缘层。

由此可以使冷却后的第一绝缘层分别和基底、凹腔的周壁牢固连接，并进而形成完整的、但导热率不同的绝缘层。

根据本发明的一个优选的设计方案，在所述步骤c）中，所述导电层包括至少两个第一连接区域以及第二连接区域，其中所述第二连接区域设置在第一绝缘层上方，并且所述第一连接区域设置在第二绝缘层上方。

通过这种方法制造的电路板具有可以对安装在其上的电子器件高效迅速地进行有针对性的散热，并且电路板自身还具有高硬度的优点，特别适用于承载高功率的电子器件。

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，其中包括根据本发明的电路板；

图2a-2e示出了制造根据本发明的电路板和电子模块流程图。

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”、“内”、“外”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。

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，其中包括根据本发明的电路板。在电子模块200中用于承载电子器件201的电路板100针对待散热的电子器件201设计具有局部热阻较小的导热路径。具体而言，电路板100包括金属制的基底1和设计为印刷电路层的导电层3，并且在基底1朝向导电层3一侧的表面上设置有导热率不同的第一绝缘层2.1和第二绝缘层2.2。由此可以将电子器件201产生的热量经过可以同时进行导热的导电层3传递给第一绝缘层2.1和第二绝缘层2.2，并且主要经过导热率相对较高的第一绝缘层2.1进一步将热量传递给高热阻的金属基底1。

为了在确保电子器件201正常工作的情况下对其进行有效的散热，特别在基底1上的第一区域R1上设置第一绝缘层2.1，而在第二区域R2上设置第二绝缘层2.2。第一区域R1对应于电子器件201的、和导电层3的第二连接区域R4连接的导热部203，而电子器件201的导电部202用于和导电层3的第一连接区域R3电连接，并对应于基底1上的第二区域R2。第一和第二连接区域R3，R4可以利用焊料分别和导电部202和导热部203固定连接，在此，两个彼此分离设置的第一连接区域R3可以是电子器件201的正负极引脚。而在图1中位于电子器件201下方的第一绝缘层2.1作为导热层将电子器件201工作时产生的热量从第二连接区域R4传递给基底1，以进行良好的散热。

第一绝缘层2.1在本实施例中是例如由Al₂O₃或AlN制成的陶瓷导热层。这种绝缘层通常具有20-39K/（W*m）或150-180K/（W*m）的导热率，因此其除了具有良好的电绝缘能力以外，还可以用于进行热传递。第二绝缘层2.2在本实施例中是聚合物绝缘层，其导热率通常小于3K/（W*m）。这种绝缘层的电绝缘能力良好，但是基本上很难用于导热。

在本实施例中，第一绝缘层2.1和第二绝缘层2.2具有相同的厚度，例如可以为76-200微米，由此可以构成完全覆盖金属基板1的上表面的平坦的绝缘层。部分地覆盖在第二绝缘层2.2上的导电层3的厚度例如可以为35-70微米。

在一个未示出的实施例中，第一绝缘层2.1和第二绝缘层2.2也可以具有不同的厚度，与此相应的，构成导电层3的第一连接区域R3和第二连接区域R4也优选地具有不同的厚度，用于匹配于相应的第一绝缘层2.1和第二绝缘层2.2，以便使电子器件201可以平稳地固定在电路板100上。

图2a-2e示出了制造根据本发明的电路板和电子模块的方法的流程图。首先在图2a中例如由铝制成的金属基板1的整个表面上设置第二绝缘层2.2。然后在图2b中例如采用打磨或钻孔等方式对第二绝缘层2.2进行加工，以便去除覆盖在基板1的第一区域R1上的第二绝缘层2.2，因此形成相对于剩余的第二绝缘层2.2凹陷的区域。随后在图2c中可以在由此形成的凹陷区域中设置第一绝缘层2.1。可以优选地采用激光热熔陶瓷粉的方式来制造第一绝缘层2.1，以便使其和第二绝缘层2.2以及基底1的第一区域R1固定连接。

接着在图2d中在第一绝缘层2.1和第二绝缘层2.2上设置导电层3。其中导电层3的第二连接区域R4覆盖第一绝缘层2.1，导电层3的两个第一连接区域R3部分地覆盖在包围第一绝缘层2.1布置的第二绝缘层2.2上，并且第二连接区域R4位于两个第一连接区域R3之间，并且彼此间具有间距。由此可以形成根据本发明的电路板100。

随后在图2e中可以在电路板100上安装电子器件201，以形成根据本发明的电子模块200。电子器件201在朝向电路板100的一侧具有两个设计为正负电引脚的导电部202和一个位于导电部202之间的导热部203。利用焊膏可以将分别将两个导电部202和电路板100上的第一连接区域R3连接，并且将导热部203和第二连接区域R4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。此外，就具体实施方式或权利要求中所使用的术语“包括（include）”、“具有（have）”、“带有（with）”、以及它们的其它变体，这些术语旨在以类似于术语“包含（comprise）”的方式被包含。

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 基底

2.1 第一绝缘层

2.2 第二绝缘层

3 导电层

100 电路板

200 电子模块

201 电子器件

202 导电部

203 导热部

R1 第一区域

R2 第二区域

R3 第一连接区域

R4 第二连接区域

Claims

1.一种电路板（100），包括基底（1）和导电层（3），其特征在于，所述基底（1）在朝向所述导电层（3）一侧的表面上具有第一区域（R1）和第二区域（R2），所述第一区域（R1）上设置有第一绝缘层（2.1），所述第二区域（R2）上设置有第二绝缘层（2.2），所述第一绝缘层（2.1）和所述第二绝缘层（2.2）具有不同的导热率。

2.根据权利要求1所述的电路板（100），其特征在于，所述第一绝缘层（2.1）具有比所述第二绝缘层（2.2）高的导热率。

3.根据权利要求1或2所述的电路板（100），其特征在于，所述基底（1）由金属制成。

4.根据权利要求1或2所述的电路板（100），其特征在于，所述第一绝缘层（2.1）为陶瓷绝缘层。

5.根据权利要求4所述的电路板（100），其特征在于，所述陶瓷绝缘层的导热率为20-39K/（W*m）或150-180K/（W*m）。

6.根据权利要求4所述的电路板（100），其特征在于，所述第一绝缘层（2.1）由Al₂O₃或AlN制成。

7.根据权利要求1或2所述的电路板（100），其特征在于，所述第二绝缘层（2.2）为聚合物绝缘层。

8.根据权利要求3所述的电路板（100），其特征在于，所述基底（1）的导热率为140-398K/（W*m）。

9.根据权利要求3所述的电路板（100），其特征在于，所述基底（1）由以下材料中的一种制成：铝、铝合金和铜。

10.根据权利要求1或2所述的电路板（100），其特征在于，所述导电层（3）包括至少两个第一连接区域（R3）以及第二连接区域（R4），所述第一、第二连接区域（R3，R4）中的任两个连接区域彼此间隔开。

11.根据权利要求10所述的电路板（100），其特征在于，所述第二连接区域（R4）设置在第一绝缘层（2.1）上方，并且所述第一连接区域（R3）设置在第二绝缘层（2.2）上方。

12.根据权利要求11所述的电路板（100），其特征在于，所述第二连接区域（R4）至少部分覆盖第一绝缘层（2.1）的表面。

13.一种电子模块（200），包括至少一个电子器件（201），其特征在于，还包括根据权利要求1-12中任一项所述的电路板（100），用于承载所述电子器件（201）。

14.根据权利要求13所述的电子模块（200），其特征在于，所述电子器件（201）具有多个导电部（202）和导热部（203），所述导电部（202）分别和第一连接区域（R3）连接，并且所述导热部（203）和第二连接区域（R4）连接。

15.一种照明装置，其特征在于，包括根据权利要求13或14所述的电子模块（200），其中所述电子器件（201）包括用作光源的LED芯片。

16.一种制造根据权利要求1-12中任一项所述的电路板（100）的方法，其特征在于包括以下步骤：

a）提供基底（1），其中在所述基底（1）在朝向所述导电层（3）一侧的表面上具有第一区域（R1）和第二区域（R2）；

b）在所述第一区域（R1）上设置第一绝缘层（2.1），在所述第二区域（R2）上设置第二绝缘层（2.2）；

c）在所述第一、第二绝缘层（2.1，2.2）上方设置所述导电层（3）。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步骤b）中包括下列步骤：

b1）在所述第一区域（R1）和第二区域（R2）上完全覆盖第二绝缘层（2.2）；

b2）去除覆盖在所述第一区域（R1）上的所述第二绝缘层（2.2），形成凹腔（A）；

b3）在所述凹腔（A）中填充所述第一绝缘层（2.1）。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述第一绝缘层（2.1）具有比第二绝缘层（2.2）高的导热率。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步骤b2）中利用激光处理工艺或机械方式去除所述第二绝缘层（2.2）。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述步骤b3）中还包括以下步骤：

b3.1）提供陶瓷粉末，所述陶瓷粉末位于所述凹腔（A）中；

b3.2）利用激光熔覆工艺熔化所述陶瓷粉末；

b3.3）冷却熔化状态的所述陶瓷粉末以形成所述第一绝缘层（2.1）。

21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步骤c）中，所述导电层（3）包括至少两个第一连接区域（R3）以及第二连接区域（R4），其中所述第二连接区域（R4）设置在第一绝缘层（2.1）上方，并且所述第一连接区域（R3）设置在第二绝缘层（2.2）上方。