CN105304593A - 用于光电器件的高效散热基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光电器件的高效散热基板，从其导电层进行散热，依次由导热绝缘层、金属基板和碳基材料涂层层叠组合而成复合散热基板，其中导热绝缘层的另一侧表面与光电器件的导电层紧密结合，碳基材料涂层的另一侧裸露表面则形成复合散热基板的外部散热面，将光电器件工作时产生的热量通过导电层，再依次经由导热绝缘层、金属基板和碳基材料涂层导出，进行散热。本发明通过在高导热金属基板上表面覆一层导热绝缘的陶瓷涂层作为绝缘层，提高了基板的介电常数、抗静电能力及散热能力；金属基板下表面覆一层导热能力良好的碳基材料涂层，其导热系数及热辐射系数高，可进一步提高基板的整体散热性能。

Description

用于光电器件的高效散热基板
技术领域
本发明涉及一种光电器件，特别是涉及一种光电器件的散热部件，应用于光电器件散热技术领域。
背景技术
近年来，随着电子产品智能化、小型化的快速发展，电子元器件的功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小,热流密度也随之增加,相应的结温升高势必会影响电子元器件的性能,这就要求对其进行更加高效的热控制。因此，有效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术。
作为典型的电子产品之一，光电器件的热管理亦成为影响其综合性能的重要因素之一。目前，光电器件与模组的散热基板主要包括FR4、陶瓷基板、金属基印刷电路板(MetalCorePCB，MCPCB)。FR4导热系数低不能满足器件的散热要求，而陶瓷基板成型困难、难以获得大面积板材并且成本难以降低，不能够满足大规模的使用，因此目前光电器件封装基板发展重点集中在MCPCB基板。MCPCB基板上绝缘层材料的选择也会对整体散热性能产生影响，一般MCPCB上的绝缘层多为环氧层，能满足绝缘要求，但导热性差，极大影响了器件整体散热性。MCPCB基板一般采用铝作为金属主基板，其黑度较低，无法有效利用热辐渠道改善MCPCB的散热性能。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用于光电器件的高效散热基板，通过在金属基板上表面覆一层陶瓷涂层，在满足绝缘要求的同时，增加导热能力，同时在下表面覆一层碳基材料涂层，利用其高导热及热辐射性能，将热量导出，提高线路板综合散热能力。
为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：
一种用于光电器件的高效散热基板，从其导电层进行散热，依次由导热绝缘层、金属基板和碳基材料涂层层叠组合而成复合散热基板，其中导热绝缘层的另一侧表面与光电器件的导电层紧密结合，碳基材料涂层的另一侧裸露表面则形成复合散热基板的外部散热面，将光电器件工作时产生的热量通过导电层，再依次经由导热绝缘层、金属基板和碳基材料涂层导出，进行散热。本发明通过在高导热金属基板上表面覆一层导热绝缘的陶瓷涂层作为绝缘层，提高了基板的介电常数、抗静电能力及散热能力；金属基板下表面覆一层导热能力良好的碳基材料涂层，其导热系数及热辐射系数高，可进一步提高基板的整体散热性能。
上述碳基材料涂层的厚度优选为0.335nm-1.9um。
上述金属基板的厚度优选为1.5-1.7mm。
上述导热绝缘层的厚度优选为1-25um。
上述导电层的厚度优选为5～35μm。
上述碳基材料涂层优选为类金刚石薄膜（DLC）、碳纳米管（CNT）、石墨烯（G）和微纳无定型碳（C）中的任意一种材料涂层或任意几种碳基复合材料的涂层。
上述金属基板的材料优选为铝或铜的高导热金属或其合金。
上述导热绝缘层的材料优选为陶瓷材料。
上述导热绝缘层的材料优选为通过非平衡磁控溅射法制备的具有择优取向的AlN或掺杂绝缘材料的AlN。
上述导电层优选由Cu、Au和Ag中的任意一种金属或任意几种金属材料混合形成导电功能层。
上述导电层优选通过磁控溅射法、热蒸镀、电镀法、电子束沉积法中的任意一种或任意几种工艺搭配制备而成，导电层优选为单层材料导电层或多层薄膜组成的导电层，优选不同光电器件的各导电层按照各光电器件的连接关系构成预先设定的电路连线方式和图形。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明散热基板的金属基板上表面覆导热绝缘层，以陶瓷材料作为绝缘层具有良好的绝缘导热性，金属基板下表面覆碳基材料涂层，碳基材料涂层具有高热辐射及导热性能，能够有效提高线路板综合散热能力。
附图说明
图1是本发明实施例一用于光电器件的高效散热基板的结构示意图。
图2是本发明实施例二用于光电器件的高效散热基板的结构示意图。
图3是图2中A向的视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种用于光电器件的高效散热基板，从其导电层4进行散热，依次由导热绝缘层3、金属基板2和碳基材料涂层1层叠组合而成复合散热基板，其中导热绝缘层3的另一侧表面与光电器件的导电层4紧密结合，碳基材料涂层1的另一侧裸露表面则形成复合散热基板的外部散热面，将光电器件工作时产生的热量通过导电层4，再依次经由导热绝缘层3、金属基板2和碳基材料涂层1导出，进行散热。
在本实施例中，参见图1，用于光电器件的高效散热基板的金属基板2的材料为铝，金属基板的厚度为1.7mm。在金属基板2下表面覆硅掺杂的类金刚石薄膜（DLC）涂层，厚度为2um。在金属基板2上表面覆导热绝缘层3，导热绝缘层3材料为通过非平衡磁控溅射法制备的AlN，厚度为8um，导热系数为18W/(m·K)，导热绝缘层3上表面有导电层4，导电层4为Cu涂层，厚度为30um，导电层4根据待装LED芯片的串联或并联连接关系构成预先设定的电路连线及图形，从导电层4两侧分别引出阳极接点和阴极接点。
在本实施例中，掺硅的类金刚石薄膜涂层具有高导热及热辐射性能，能够将金属基板2的热量快速散出，AlN陶瓷具有良好的绝缘性能以及高导热性能，能快速的将LED发出的热量传递给金属基板2，达到高效散热的目的。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图2和图3，用于光电器件的高效散热基板包括金属基板2、位于金属基板下表面的碳基材料涂层1、位于金属基板上表面的导热绝缘层3以及位于导热绝缘层上表面的导电层4。金属基板2的材料为铜，厚度为1.5mm。在金属基板2下表面石墨烯/碳纳米管复合涂层，厚度为1nm。在金属基板2上表面覆导热绝缘层3，导热绝缘层3材料为掺杂元素锆的AlN，厚度为5um，导热系数为20W/(m·K)。导热绝缘层3上表面有导电层4，导电层4涂覆成如图2和图3所示的两列，导电层4为cu上覆Au涂层，cu的厚度为10um，Au的厚度为5um，导电层4根据待装芯片的串联或并联连接关系构成预先设定的电路连线及图形，从导电层4分别引出阳极接点和阴极接点。
本实施例中，石墨烯/碳纳米管复合涂层具有高导热及热辐射性能，能够将金属基板2的热量快速散出；掺杂元素锆的AlN具有良好的绝缘性能以及高导热性能，能快速的将芯片发出的热量传递给金属基板2，达到高效散热的目的。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明用于光电器件的高效散热基板的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于光电器件的高效散热基板，从其导电层（4）进行散热，其特征在于：依次由导热绝缘层（3）、金属基板（2）和碳基材料涂层（1）层叠组合而成复合散热基板，其中所述导热绝缘层（3）的另一侧表面与光电器件的导电层（4）紧密结合，所述碳基材料涂层（1）的另一侧裸露表面则形成复合散热基板的外部散热面，将光电器件工作时产生的热量通过导电层（4），再依次经由所述导热绝缘层（3）、金属基板（2）和碳基材料涂层（1）导出，进行散热。
2.根据权利要求1所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述碳基材料涂层（1）的厚度为0.335nm-1.9um。
3.根据权利要求1所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述金属基板（2）的厚度为1.5-1.7mm。
4.根据权利要求1所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述导热绝缘层（3）的厚度为1-25um。
5.根据权利要求1所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述导电层（4）的厚度为5～35μm。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述碳基材料涂层（1）为类金刚石薄膜、碳纳米管、石墨烯和微纳无定型碳中的任意一种材料涂层或任意几种碳基复合材料的涂层。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述金属基板（2）的材料为铝或铜的高导热金属或其合金。
8.根据权利要求1～5中任意一项所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述导热绝缘层（3）的材料为陶瓷材料。
9.根据权利要求8所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述导热绝缘层（3）的材料为通过非平衡磁控溅射法制备的具有择优取向的AlN或掺杂绝缘材料的AlN。
10.根据权利要求1～5中任意一项所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述导电层（4）由Cu、Au和Ag中的任意一种金属或任意几种金属材料混合形成导电功能层。
11.根据权利要求10所述用于光电器件的高效散热基板，其特征在于：所述导电层（4）通过磁控溅射法、热蒸镀、电镀法、电子束沉积法中的任意一种或任意几种工艺搭配制备而成，所述导电层（4）为单层材料导电层或多层薄膜组成的导电层，不同光电器件的各所述导电层（4）按照各光电器件的连接关系构成预先设定的电路连线方式和图形。
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