CN105470378B - 高导热金属基板及其制作方法、led模组及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高导热金属基板及其制作方法、LED模组及其制作方法，该高导热金属基板包括导热金属板，导热金属板的至少一个表面上的一部分被氧化形成氧化绝缘层，氧化绝缘层上形成有导电图案层和导热焊盘；导热焊盘所覆盖的表面上的氧化绝缘层比导电图案层所覆盖的表面上的氧化绝缘层薄。该制作方法包括在导热金属板形成导热焊盘的表面覆盖保护膜；对导热金属板进行第一次阳极氧化，形成氧化绝缘层；将保护膜去除后，对导热金属板进行第二次阳极氧化；在导热金属板形成有氧化绝缘层的一侧表面上形成连接金属层和导电金属层；蚀刻连接金属层和导电金属层，得到线路图案和导热焊盘。本发明提供的LED模组能够提高散热效果及增加使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及LED灯具领域，具体地说，涉及一种应用于LED模组的高导热金属基板及其制作方法，还涉及应用该高导热金属基板的LED模组及其制作方法。
背景技术
LED模组具有一块基板，基板上设有LED发光元件，通常，基板为陶瓷基板或者金属基板。由于LED发光元件工作时产生大量的热量，因此，基板需要具备良好的导热、散热能力。为了取得良好的散热效果，传统热电分离的基板采用两个电极和热沉设置在基板的同一水平面的方案。这种方案，由于产品设计的原因，存在电极焊盘到导热焊盘间高度差的缺陷，现有的导热焊盘与电极焊盘之间具有小于50微米的高度差，在LED发光元件进行贴片封装时，如果控制不精确的情况下，容易造成锡膏空洞，从而影响LED发光元件的导热效果，最终会导致LED发光元件使用寿命降低。
此外，公开号CN200710095882.4发明专利申请公开了名为“高导电路基板”的发明创造，该专利公开了在氧化铝绝缘层和导电层之间设置一介层，如氧化钛，以克服绝缘层与导电层的物理特性差异过大的情形，提高绝缘层与导电层的附着力。但是，在铝基板表面通过PVD（物理气相沉积）工艺形成钛薄膜时，钛和铝之间存在结合力低的问题，影响LED模组的质量。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种能够提高散热效果的高导热金属基板。
本发明的第二目的是提供一种能够提高散热效果的高导热金属基板的制作方法。
本发明的第三目的是提供一种能够增加使用寿命的LED模组。
本发明的第四目的是提供一种能够增加使用寿命的LED模组的制作方法。
为了实现上述第一目的，本发明提供的高导热金属基板包括导热金属板，优选的，导热金属板为铝基板，导热金属板的至少一个表面上的一部分被氧化形成氧化绝缘层，氧化绝缘层上形成有导电图案层和导热焊盘；导热焊盘所覆盖的表面上的氧化绝缘层比导电图案层所覆盖的表面上的氧化绝缘层薄；优选的，导热焊盘所覆盖的表面上的氧化绝缘层的厚度为3微米至5微米。
由上述方案可见，由于铝金属的导热性能较好，本发明的导热金属板优选采用铝基板，可增加基板的导热性。同时导热焊盘与导热金属板之间的氧化绝缘层的厚度较薄，使得导热焊盘与导热金属板之间距离较近，更有利于导热。此外，氧化绝缘层的设置除了可作为绝缘层，使导电图案层与导热金属板之间绝缘外，还可用于增加导电图案层、导热焊盘与导热金属板之间的粘合性。
一个方案中，导电图案层和导热焊盘均包括连接金属层和导电金属层，连接金属层包括钛层或铬层，导电金属层包括底铜层和加厚铜层，连接金属层位于氧化绝缘层与底铜层之间。
由此可见，由于钛和铬与其他金属的粘合性较好，使用钛或铬作为连接金属层，可使得导电图案层、导热焊盘与导热金属板之间的粘合性增强，但由于本发明优选铝金属作为导热金属板，而钛金属和铝金属之间的结合力较低，利用氧化绝缘层可增加粘合力。此外，由于铜的导热性比铝的导热性好，因此使用铜作为导热焊盘可增加导热性。
进一步的方案中，导电图案层的上表面与导热金属板底面之间的距离和导热焊盘的上表面与导热金属板底面之间的距离相等。
由上述方案可见，将加热焊盘上表面与导热金属板底面之间的距离设置成和与导电图案层距离导热金属板底面之间的距离一致， LED发光元件进行贴片封装时，不容易造成锡膏空洞，从而提高LED模组的导热效果。
为实现上述第二目的，本发明提供的高导热金属基板的制作方法包括在导热金属板上用于形成导热焊盘的表面覆盖保护膜；对导热金属板覆盖有保护膜的一侧表面进行第一次阳极氧化，形成氧化绝缘层；将保护膜去除后，对导热金属板形成有氧化绝缘层的一侧表面进行第二次阳极氧化；在导热金属板形成有氧化绝缘层的一侧表面上依次形成连接金属层和导电金属层；蚀刻连接金属层和导电金属层，得到线路图案和导热焊盘。
由上述方案可见，使用本发明方法所制作得的导热金属板具有高导热性，此外，金属连接层的设置使得导电图案层、导热焊盘与基板之间的连接更加稳定。
具体的方案中，第二次阳极氧化所形成的氧化绝缘层的厚度比第一次阳极氧化所形成的氧化绝缘层的厚度薄。
由上述方案可见，本发明采用两次阳极氧化的方法获得氧化绝缘层，且第二次阳极氧化所形成的氧化绝缘层的厚度比第一次阳极氧化所形成的氧化绝缘层的厚度薄，使得导热焊盘所覆盖的区域的金属基板更靠近导热焊盘，从而增加导热焊盘的导热速度。
较具体的方案中，在进行第二次阳极氧化和形成连接金属层的步骤之间，还包括对氧化绝缘层进行封闭处理步骤，封闭处理包括利用封孔药水或热去离子水将氧化绝缘层表面的疏松颗粒变成致密性颗粒。
由此可见，将金属基板进行阳极氧化得到的氧化绝缘层为较疏松的颗粒，为了防止在形成金属层时，所形成的金属通过疏松颗粒的间隙与金属基板连接，并使得金属层与金属基板之间可进行电子交换，需要将疏松颗粒变成致密性颗粒，使得金属层与金属基板隔离，且紧密接触的颗粒导热性能更佳，此外还能达到提升耐电压的目的。
更具体的方案中，连接金属层和导电金属层的步骤包括在氧化绝缘层表面沉积连接金属层；在连接金属层表面沉积底铜层；在底铜层表面电镀加厚铜层。
由上述方案可见，在形成导电金属层之前先进行连接金属层的形成，可增加导电金属层与金属基板的粘合性，保障LED模组在焊接元器件时更加稳固，从而增加LED模组的使用寿命。此外，在电镀加厚铜层前先沉积一层底铜层，有利于促进加厚铜层的电镀进程，加快大批量工业生产效率。
为了实现上述第三目的，本发明提供的LED模组，包括高导热金属基板，高导热金属基板包括导热金属板，优选的，导热金属板为铝基板，导热金属板的至少一个表面上的一部分被氧化形成氧化绝缘层，氧化绝缘层上形成有导电图案层和导热焊盘；导热焊盘所覆盖的表面上的氧化绝缘层比导电图案层所覆盖的表面上的氧化绝缘层薄；导电图案层和导热焊盘均包括连接金属层和导电金属层，连接金属层包括钛层或铬层，导电金属层包括底铜层和加厚铜层，连接金属层位于氧化绝缘层与底铜层之间；导电图案层的上表面与导热金属板底面之间的距离和导热焊盘的上表面与导热金属板底面之间的距离相等；导热焊盘上贴装有LED发光元件，LED发光元件与导电图案层焊接。
由上述方案可见，本发明的LED模组能更好的将LED发光元件工作时产生的热量散发出去，散热性能的到提高，此外，LED模组各结构层的结合性更佳，增加LED模组的使用寿命。
为了实现上述第四目的，本发明提供的LED模组的制作方法包括在导热金属板上用于形成导热焊盘的表面覆盖保护膜；对导热金属板覆盖有保护膜的一侧表面进行第一次阳极氧化，形成氧化绝缘层；将保护膜去除后，对导热金属板形成有氧化绝缘层的一侧表面进行第二次阳极氧化；在导热金属板形成有氧化绝缘层的一侧表面上依次形成连接金属层和导电金属层；蚀刻连接金属层和导电金属层，得到线路图案和导热焊盘；在导热焊盘上贴装LED发光元件，并将LED发光元件与导电图案层焊接。
由上述方案可见，本发明LED模组的制作方法利用两次阳极氧化的方法，将导热焊盘所覆盖区域的氧化绝缘层处理的比导电图案层所覆盖区域的氧化绝缘层薄，即保障了LED模组的散热性能，又能使连接金属层更好的与导热金属板粘合，保证LED模组结构的稳定。
附图说明
图1是本发明高导热金属基板实施例的结构剖视图。
图2是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中在金属基板上贴保护膜的结构剖视图。
图3是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对金属基板进行第一次阳极氧化后的结构剖视图。
图4是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对金属基板去膜后的结构剖视图。
图5是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对金属基板去膜后进行第二次阳极氧化的结构剖视图。
图6是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对金属基板进行连接金属及导电金属层覆盖的结构剖视图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，本发明的高导热金属基板包括导热金属板1，优选的，导热金属板1为铝基板。导热金属板1的至少一个表面上的一部分被氧化形成氧化绝缘层2，氧化绝缘层2上形成有导电图案层3和导热焊盘4。导热焊盘4所覆盖的表面上的氧化绝缘层2比导电图案层3所覆盖的表面上的氧化绝缘层2薄。优选的，导热焊盘4所覆盖的表面上的氧化绝缘层2的厚度为3微米至5微米，导电图案层3所覆盖的表面上的氧化绝缘层的厚度为35微米至50微米。其中，导电图案层3和导热焊盘5均包括连接金属层7和导电金属层，连接金属层7包括钛层或铬层，导电金属层包括底铜层6和加厚铜层5，连接金属层7位于氧化绝缘层7与底铜层6之间。在导电图案层3和导热焊盘5中的导电金属层具有不同的功能，导电图案层3中的导电金属层用于导通电流，而导热焊盘5中的导电金属层用于热传导。
由于金属基板具有导电性，因此，在金属基板上设置电路需采用隔离层将电路层与金属基板隔绝。本发明的导热金属板1采用将金属基板需要设置电路的一侧表面进行阳极氧化，形成氧化绝缘层2，从而达到电路层与金属基板隔绝的目的。但通常金属氧化后导热性能会相应变差，为了将LED发光元件工作时产生的热量能快速散发，需要将贴装LED发光元件的导热焊盘4上，导热焊盘4所覆盖的导热金属板1与导热焊盘4之间的氧化绝缘层2相对较薄，优选的，导热焊盘4所覆盖的表面上的氧化绝缘层2的厚度为3微米至5微米，这样可使得导热焊盘4与导热金属板1之间距离较近，更有利于热传导。
为了增加导热金属板1与其表面所覆盖的金属的粘合性，需在导电图案层3和导热焊盘4的导电金属层与氧化绝缘层2之间设置连接金属层7。由于钛和铬与其他金属的粘合性较好，使用钛或铬作为连接金属层7，可使得导电图案层3、导热焊盘4与导热金属板1之间的粘合性增强，但由于钛金属和铝金属之间的结合力较低，利用氧化绝缘层2可增加粘合力。另外，由于铜的导热性比铝的导热性好，因此使用铜作为导热焊盘4可增加导热性。
此外，将导热焊盘4上表面与导热金属板1底面之间的距离设置成和导电图案层3上表面与导热金属板1底面之间的距离一致，进行LED发光元件贴片工艺时，不容易造成锡膏空洞，从而提高LED模组的导热效果，并使得LED发光元件使用寿命增加。
如图2所示，在制作LED模组时，为了使导电图案层3与导热金属板1隔离，需要将导热金属板1进行阳极氧化，同时为了保证导热焊盘4所覆盖的区域的导热性，首先，利用保护膜8覆盖导热焊盘4所覆盖的导热金属板1区域，避免在第一次阳极氧化时该区域氧化，从而影响导热性。参见图3，覆盖保护膜8后，对导热金属板1覆盖有保护膜8的一侧表面进行第一次阳极氧化，形成氧化绝缘层2，避免在形成导电图案层3时使导电图案层3与导热金属板1直接接触。
如图4所示，进行第一次阳极氧化后，将导热金属板1上的保护膜8去除，将导热焊盘4所要覆盖的导热金属板1区域裸露。参见图5，对导热金属板1形成有氧化绝缘层2的一侧表面进行第二次阳极氧化，第二次阳极氧化所形成的氧化绝缘层2的厚度比第一次阳极氧化所形成的氧化绝缘层2的厚度薄。第二次阳极氧化是为了在导热焊盘4所要形成的导热金属板1区域增加一层氧化绝缘层2，以提高导热焊盘4与导热金属板1的粘合性。阳极氧化所得到的氧化绝缘层2为疏松颗粒，为了防止在形成金属层时，所形成的金属通过疏松颗粒的间隙与导热金属板1连接，使得金属层与导热金属板1之间可进行电子交换，形成通路，阳极氧化后需采用封孔药水或热去离子水(80℃左右) 对氧化绝缘层2进行封闭处理，这种对氧化绝缘层2进行封闭处理的技术为公知技术，把导热金属板1表面的疏松颗粒变成致密性颗粒，使得金属层与导热金属板1隔离，且紧密接触的颗粒导热性能更佳，还能达到提升耐电压的目的。此外，第二次阳极氧化还增加了导电图案层3所要覆盖区域的氧化绝缘层2，进一步防止金属层与导热金属板1相接。
如图6所示，对氧化绝缘层2进行封闭处理后，需要形成导电金属层用以电路连接和导热。在形成导电金属层前，首先在氧化绝缘层2表面PVD沉积连接金属层7，用以增加导电金属层与导热金属板1的粘合性。接着，在连接金属层7表面PVD沉积底铜层6，最后在底铜层6表面电镀加厚铜层5。利用PVD的方式覆盖连接金属层7及底铜层6，可增加金属的致密性及粘合性，使得导电金属层与导热金属板1的连接更加稳定。
参见图1，在加厚铜层5上进行电路图案的制作，并腐蚀接金属层7和导电金属层，得到导热焊盘4和导电图案层3，导热焊盘4所覆盖的区域与导热金属板1相靠近，更有利于散热。
最后，在图1所示的电路基板的基础上，在导热焊盘4上贴装LED发光元件（未示出），并将LED发光元件与导电图案层3焊接，从而完成LED模组的制作。由于利用本发明的高导热金属基板的制作方法可得到加热焊盘4与导电图案层3的上表面距离导热金属板底面之间高度相对一致，因而在LED发光元件进行贴片时，不容易造成锡膏空洞，从而提高LED发光元件的导热效果，并使得LED发光元件使用寿命增加。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，如导热金属板及导电金属层的金属材料替换等，也均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.高导热金属基板，包括导热金属板，其特征在于：
所述导热金属板的至少一个表面上的一部分被氧化形成第一氧化绝缘层和第二氧化绝缘层，所述第一氧化绝缘层经过二次氧化形成，且所述第一氧化绝缘层上形成有导电图案层，所述第二氧化绝缘层上形成有导热焊盘，所述第二氧化绝缘层粘结所述导热金属板与所述导热焊盘；
所述第二氧化绝缘层比所述第一氧化绝缘层薄，且所述第二氧化绝缘层的上表面与所述第一氧化绝缘层的上表面相平齐。
2.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述导电图案层和所述导热焊盘均包括连接金属层和导电金属层，所述连接金属层包括钛层或铬层，所述导电金属层包括底铜层和加厚铜层，所述连接金属层位于所述第一氧化绝缘层与所述底铜层之间，且所述连接金属层还位于所述第二氧化绝缘层与所述底铜层之间。
3.根据权利要求1或2所述的高导热金属基板，其特征在于：所述导电图案层的上表面与所述导热金属板底面之间的距离和所述导热焊盘的上表面与所述导热金属板底面之间的距离相等。
4.根据权利要求1或2所述的高导热金属基板，其特征在于：所述第二氧化绝缘层的厚度为3微米至5微米。
5.高导热金属基板的制造方法，其特征在于：包括
在导热金属板上用于形成导热焊盘的表面覆盖保护膜；
对所述导热金属板覆盖有所述保护膜的一侧表面进行第一次阳极氧化，形成氧化绝缘层；
将所述保护膜去除后，对所述导热金属板形成有所述氧化绝缘层的一侧表面进行第二次阳极氧化以形成第一氧化绝缘层以及第二氧化绝缘层，所述第二氧化绝缘层比所述第一氧化绝缘层薄，且所述第二氧化绝缘层的上表面与所述第一氧化绝缘层的上表面相平齐；
在所述导热金属板形成有所述第一氧化绝缘层和所述第二氧化绝缘层的一侧表面上依次形成连接金属层和导电金属层；
蚀刻所述连接金属层和所述导电金属层，得到导电图案层和导热焊盘，所述导电图案层形成在所述第一氧化绝缘层上，所述导热焊盘形成在所述第二氧化绝缘层上，所述第二氧化绝缘层粘结所述导热金属板与所述导热焊盘。
6.根据权利要求5所述的高导热金属基板的制造方法，其特征在于：在进行第二次阳极氧化和形成所述连接金属层的步骤之间，还包括对所述第一氧化绝缘层以及所述第二氧化绝缘层进行封闭处理步骤，所述封闭处理包括利用封孔药水或热去离子水将所述第一氧化绝缘层和所述第二氧化绝缘层的表面的疏松颗粒变成致密性颗粒。
7.根据权利要求5所述的高导热金属基板的制造方法，其特征在于：所述连接金属层和所述导电金属层的形成步骤包括
在所述第一氧化绝缘层以及所述第二氧化绝缘层的表面沉积所述连接金属层；
在所述连接金属层表面沉积底铜层；
在所述底铜层表面电镀加厚铜层。
8.LED模组，包括高导热金属基板，所述高导热金属基板包括导热金属板，其特征在于：
所述导热金属板的至少一个表面上的一部分被氧化形成第一氧化绝缘层和第二氧化绝缘层，所述第一氧化绝缘层经过二次氧化形成，且所述第一氧化绝缘层上形成有导电图案层，所述第二氧化绝缘层上形成有导热焊盘，所述第二氧化绝缘层粘结所述导热金属板与所述导热焊盘；
所述第二氧化绝缘层比所述第一氧化绝缘层薄，且所述第二氧化绝缘层的上表面与所述第一氧化绝缘层的上表面相平齐；
所述导电图案层和所述导热焊盘均包括连接金属层和导电金属层，所述连接金属层包括钛层或铬层，所述导电金属层包括底铜层和加厚铜层，所述连接金属层位于所述第一氧化绝缘层与所述底铜层之间，且所述连接金属层还位于所述第二氧化绝缘层与所述底铜层之间；
所述导电图案层的上表面与所述导热金属板底面之间的距离和所述导热焊盘的上表面与所述导热金属板底面之间的距离相等；
所述导热焊盘上贴装有LED发光元件，所述LED发光元件与所述导电图案层焊接。
9.LED模组的制作方法，其特征在于：包括
在导热金属板上用于形成导热焊盘的表面覆盖保护膜；
对所述导热金属板覆盖有所述保护膜的一侧表面进行第一次阳极氧化，形成氧化绝缘层；
将所述保护膜去除后，对所述导热金属板形成有所述氧化绝缘层的一侧表面进行第二次阳极氧化，以形成第一氧化绝缘层以及第二氧化绝缘层，所述第二氧化绝缘层比所述第一氧化绝缘层薄，且所述第二氧化绝缘层的上表面与所述第一氧化绝缘层的上表面相平齐；
在所述导热金属板形成有所述第一氧化绝缘层和所述第二氧化绝缘层的一侧表面上依次形成连接金属层和导电金属层；
蚀刻所述连接金属层和所述导电金属层，得到导电图案层和导热焊盘，所述导电图案层形成在所述第一氧化绝缘层上，所述导热焊盘形成在所述第二氧化绝缘层上，所述第二氧化绝缘层粘结所述导热金属板与所述导热焊盘；
在所述导热焊盘上贴装LED发光元件，并将所述LED发光元件与导电图案层焊接。
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