CN105489747A - 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；导热金属板表面没有被氧化的一部分形成有导热焊盘，导热焊盘设置在导热金属板上；导热焊盘所覆盖区域的导热金属板比导电图案层所覆盖区域的导热金属板厚。该制作方法包括在导热金属板上电镀连接铜层；形成保护膜；蚀刻连接铜层；进行阳极氧化；将保护膜去除后，进行有机绝缘填充剂浸泡；对氧化绝缘层及连接铜层进行研磨；形成连接金属层和导电金属层；蚀刻得到线路图案和导热焊盘。本发明提供的LED模组能够提高结构稳定性及增加使用寿命。
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结构稳定性的高导热金属基板。
本发明的第二目的是提供一种能够提高结构稳定性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；导热金属板表面没有被氧化的一部分形成有导热焊盘，导热焊盘设置在导热金属板上；导热焊盘所覆盖区域的导热金属板比导电图案层所覆盖区域的导热金属板厚。
由上述方案可见，导热焊盘与导热金属板之间直接接触，使得导热焊盘接收的热量直接向导热金属板传导，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与导热金属板之间的粘合性。
一个方案中，导热焊盘包括第一连接金属层，连接铜层及第一导电金属层，第一连接金属层包括钛层或铬层，第一导电金属层包括第一底铜层和第一加厚铜层，第一连接金属层位于连接铜层与第一底铜层之间，连接铜层位于第一连接金属层与导热金属板之间。导电图案层包括第二连接金属层和第二导电金属层，第二导电金属层包括第二底铜层和第二加厚铜层，第二连接金属层位于氧化绝缘层与第二底铜层之间。
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，因此导热焊盘包括一层连接铜层用以连接导热金属板，相对于使用氧化绝缘层可增加导热性。
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上表面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。
进一步的方案中，氧化绝缘层为多孔性氧化绝缘层，多孔性氧化绝缘层的孔隙内填充有有机绝缘填充剂。
由此可见，将金属基板进行阳极氧化得到的氧化绝缘层为多孔性氧化绝缘层，多孔性氧化绝缘层存在有孔隙，为了防止在形成金属层时，所形成的金属层通过孔隙与金属基板连接，使得金属层与金属基板之间可进行电子交换并使电路短路，需要填充有机绝缘填充剂将多孔性氧化绝缘层的孔隙密封，使得金属层与金属基板隔离，且能达到提升耐电压的目的。
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的至少一个表面电镀一层连接铜层；在连接铜层需要保护的表面上形成保护膜；蚀刻连接铜层；对形成有连接铜层的导热金属板的表面进行阳极氧化，形成氧化绝缘层；将保护膜去除后，对形成有氧化绝缘层及连接铜层的区域进行有机绝缘填充剂浸泡；对浸泡有机绝缘填充剂后的氧化绝缘层及连接铜层进行研磨，使氧化绝缘层与连接铜层的上表面距离导热金属板底面之间高度一致；在导热金属板形成有氧化绝缘层及连接铜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。
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，因为导热焊盘包括连接铜层代替氧化绝缘层与导热金属板粘接，导热性能得到提高，且导热焊盘与导热金属基板直接接触，散热速度加快。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，连接金属层和导电金属层的形成步骤包括在氧化绝缘层及连接铜层的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，可增加和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，加快生产效率。同时，导热焊盘与导电图案层的连接金属层、底铜层和加厚铜层结构排布相同，方便工业生产。
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。导热金属板表面没有被氧化的一部分形成有导热焊盘，导热焊盘设置在导热金属板上。导热焊盘所覆盖区域的导热金属板比导电图案层所覆盖区域的导热金属板厚。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。导热焊盘包括第一连接金属层，连接铜层及第一导电金属层，第一连接金属层包括钛层或铬层，第一导电金属层包括第一底铜层和第一加厚铜层，第一连接金属层位于连接铜层与第一底铜层之间，连接铜层位于第一连接金属层与导热金属板之间。导电图案层包括第二连接金属层和第二导电金属层，第二导电金属层包括第二底铜层和第二加厚铜层，第二连接金属层位于氧化绝缘层与第二底铜层之间。
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的至少一个表面电镀一层连接铜层；在连接铜层需要保护的表面上形成保护膜；蚀刻连接铜层；对形成有连接铜层的导热金属板的表面进行阳极氧化，形成氧化绝缘层；将保护膜去除后，对形成有氧化绝缘层及连接铜层的区域进行有机绝缘填充剂浸泡；对浸泡有机绝缘填充剂后的氧化绝缘层及连接铜层进行研磨，使氧化绝缘层与连接铜层的上表面距离导热金属板底面之间高度一致；在导热金属板形成有氧化绝缘层及连接铜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；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阳极氧化前对导热金属基板镀铜的方法，使导热焊盘所覆盖区域没有氧化绝缘层，导热焊盘与导热金属版直接接触，提高了LED模组的散热性能。而且，在研磨过程中，使得导热焊盘的连接铜层被氧化绝缘层所夹紧，形成内嵌的效果，进而使导热焊盘更加稳定的与导热金属板连接。
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导热金属板上电镀连接铜层的结构剖视图。
图3是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对导热金属板进行保护膜覆盖后的结构剖视图。
图4是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对导热金属板进行连接铜层蚀刻后的结构剖视图。
图5是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对导热金属板进行阳极氧化后的结构剖视图。
图6是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对导热金属板去膜后的结构剖视图。
图7是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对导热金属板进行有机绝缘填充剂浸泡后的结构剖视图。
图8是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对导热金属板研磨后的结构剖视图。
图9是本发明高导热金属基板的制造方法实施例中对导热金属板进行连接金属和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。优选的，导电图案层3所覆盖的表面上的氧化绝缘层2的厚度为35微米至50微米。导热金属板1表面没有被氧化的一部分形成有导热焊盘4，导热焊盘4与导热金属板1直接相粘结。导热焊盘4所覆盖区域的导热金属板1比导电图案层3所覆盖区域的导热金属板4厚。其中，导热焊盘4包括连接金属层7、连接铜层8及和第一导电金属层，优选的，连接金属层7包括钛层或铬层，第一导电金属层包括第一底铜层6和第一加厚铜层5，第一连接金属层7位于连接铜层8与第一底铜层6之间，连接铜层8位于第一连接金属层7与导热金属板1之间。优选的，连接铜层8的厚度为3微米至5微米。导电图案层3包括第二连接金属层8、第二底铜层6和第二加厚铜层5，第二连接金属层7位于氧化绝缘层2与底铜层6之间。在本实施例中，第一连接金属层与第二连接金属层同为连接金属层且同时形成，第一底铜层与第二底铜层同为底铜层且同时形成，第一加厚铜层与第二加厚铜层为同为加厚铜层且同时形成。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。
在金属板上设置电路，需要采用绝缘层将电路层与金属板隔离，以防止电路短路。本发明的高导热金属基板采用阳极氧化的方法，将导热金属板1需要覆盖导电图案层3的侧面的一部分氧化成氧化绝缘层2，使得导电图案层3与导热金属板1隔离。为了更好将LED模组产生的热量传导出去，本发明采用将导热焊盘4直接与导热金属板1相粘结的方式，使热量能够直接传导至导热金属板1，加快散热速度。
本发明中，导热焊盘4大部分利用的是铜金属，因为铜金属的导热性能较好，利用铜金属作为导电焊盘4的主要部分，能够快速的将热量传导出去。此外，导热焊盘4中的连接铜层8被氧化绝缘层所夹紧，形成内嵌的效果，进而使导热焊盘更加稳定的与导热金属板连接。
为了增加导热金属板1与其表面所形成的金属的粘合性，需在导电图案层3的第二底铜层6与氧化绝缘层2之间和导热焊盘4的第一底铜层6与连接铜层8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。
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。
此外，由于导热金属板1进行阳极氧化后的氧化绝缘层2为多孔性氧化绝缘层，多孔性氧化绝缘层存在有孔隙，为了防止在氧化绝缘层2上形成金属层时，所形成的金属层通过孔隙与金属基板连接，使得金属层与金属基板之间可进行电子交换并使电路短路，需要填充有机绝缘填充剂将多孔性氧化绝缘层的孔隙密封，使得金属层与金属基板隔离，且能达到提升耐电压的目的。
如图2所示，在制作LED模组时，为了获得导热焊盘4的连接铜层8，首先在导热金属板1的一侧表面电镀一层铜金属，形成连接铜层8。参见图3，在连接铜层8表面上需要形成导热焊盘4的区域进行保护膜9形成，使得组成导热焊盘4的部分连接铜层8被保护起来。参见图4，对形成有保护膜9连接铜层进行蚀刻，使得导热焊盘4部分的连接铜层8保留。
参见图5，为了使导电图案层3与导热金属板1隔离，对导热金属板1形成有保护膜9的一侧表面进行阳极氧化，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。由于保护膜9的覆盖保护。理想状态下，保护膜9覆盖下的连接铜层8及导热金属板1没有被氧化，避免影响导热焊盘4的导热性。此外，由于进行阳极氧化后的导热金属板1部分发生了质变，形成氧化绝缘层2，因此该区域的体积相应的膨胀，使得连接金属铜层8嵌入氧化绝缘层2中，连接金属铜层8与导热金属板1的连接更加稳固。
如图6所示，在对导热金属板1进行阳极氧化后，将保护膜9去除，裸露连接铜层8。参见图7，由于进行阳极氧化后的氧化绝缘层2为多孔性氧化绝缘层，多孔性氧化绝缘层存在有孔隙，为了防止在形成金属层时，所形成的金属层通过孔隙与金属基板连接，使得金属层与金属基板之间可进行电子交换并使电路短路，需要对氧化绝缘层2进行浸泡有机绝缘填充剂，使有机绝缘填充剂将多孔性氧化绝缘层的孔隙密封，使得金属层与金属基板隔离，且能达到提升耐电压的目的。
如图8所示，经过有机绝缘填充剂的填充后，氧化绝缘层2的表面为不平整的表面，且连接铜层8表面也覆盖有有机绝缘填充剂，为了使连接铜层8裸露以便形成连接金属层7，且为了使氧化绝缘层2及连接铜层8的上表面与导热金属板1底面之间的距离相等，需对氧化绝缘层2及连接铜层8进行研磨，最终方便控制形成连接金属层7的厚度。
如图9所示，对氧化绝缘层2及连接铜层8进行研磨后，需要进行连接金属层7和导电金属层的形成，以便制作电路图案层3和导热焊盘4。首先在氧化绝缘层2及连接铜层8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的方式形成连接金属层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。此外，在电镀加厚铜层5前先PVD沉积底铜层6，可使得电镀加厚铜层的速度加快。
参见图1，在加厚铜层5上进行电路图案的制作，并腐蚀连接金属层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与导热金属板1直接接触，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距离导热金属板1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 (10)
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氧化绝缘层，所述氧化绝缘层上形成有导电图案层；
所述导热金属板表面没有被氧化的一部分形成有导热焊盘，所述导热焊盘设置在所述导热金属板上；
所述导热焊盘所覆盖区域的所述导热金属板比所述导电图案层所覆盖区域的所述导热金属板厚。
2.根据权利要求1所述的高导热金属基板，其特征在于：所述导热焊盘包括第一连接金属层、连接铜层及第一导电金属层，所述第一连接金属层包括钛层或铬层，所述第一导电金属层包括第一底铜层和第一加厚铜层，所述第一连接金属层位于所述连接铜层与所述第一底铜层之间，所述连接铜层位于所述第一连接金属层与所述导热金属板之间。
3.根据权利要求2所述的高导热金属基板，其特征在于：所述导电图案层包括第二连接金属层和第二导电金属层，所述第二导电金属层包括第二底铜层和第二加厚铜层，所述第二连接金属层位于所述氧化绝缘层与所述第二底铜层之间。
4.根据权利要求1至3任一项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。
5.根据权利要求1至3任一项所述的高导热金属基板，其特征在于：所述氧化绝缘层为多孔性氧化绝缘层，所述多孔性氧化绝缘层的孔隙内填充有有机绝缘填充剂。
6.高导热金属基板的制造方法，其特征在于：包括
在导热金属板上的至少一个表面电镀一层连接铜层；
在所述连接铜层需要保护的表面上形成保护膜；
蚀刻所述连接铜层；
对形成有所述连接铜层的所述导热金属板的表面进行阳极氧化，形成氧化绝缘层；
将所述保护膜去除后，对形成有所述氧化绝缘层及所述连接铜层的区域进行有机绝缘填充剂浸泡；
对浸泡有机绝缘填充剂后的所述氧化绝缘层及所述连接铜层进行研磨，使所述氧化绝缘层与所述连接铜层的上表面距离所述导热金属板底面之间高度一致；
在所述导热金属板形成有所述氧化绝缘层及所述连接铜层的一侧表面上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，得到线路图案和导热焊盘。
7.根据权利要求6所述的高导热金属基板的制造方法，其特征在于：所述连接金属层及所述导电金属层的形成步骤包括
在所述氧化绝缘层及所述连接铜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氧化绝缘层，所述氧化绝缘层上形成有导电图案层；
所述导热金属板表面没有被氧化的一部分形成有导热焊盘，所述导热焊盘设置在所述导热金属板上；
所述导热焊盘所覆盖区域的所述导热金属板比所述导电图案层所覆盖区域的所述导热金属板厚；
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.根据权利要求8所述的LED模组，其特征在于：
所述导热焊盘包括第一连接金属层、连接铜层及第一导电金属层，所述第一连接金属层包括钛层或铬层，所述第一导电金属层包括第一底铜层和第一加厚铜层，所述第一连接金属层位于所述连接铜层与所述第一底铜层之间，所述连接铜层位于所述第一连接金属层与所述导热金属板之间；
所述导电图案层包括所述第二连接金属层和所述第二导电金属层，所述第二导电金属层包括第二底铜层和第二加厚铜层，所述第二连接金属层位于所述氧化绝缘层与所述第二底铜层之间。
10.LED模组的制作方法，其特征在于：包括
在导热金属板上用于覆盖导热焊盘的表面覆盖保护膜；
在导热金属板上的至少一个表面电镀一层连接铜层；
在所述连接铜层需要保护的表面上形成保护膜；
蚀刻所述连接铜层；
对形成有所述连接铜层的所述导热金属板的表面进行阳极氧化，形成氧化绝缘层；
将所述保护膜去除后，对形成有所述氧化绝缘层及所述连接铜层的区域进行有机绝缘填充剂浸泡；
对浸泡有机绝缘填充剂后的所述氧化绝缘层及所述连接铜层进行研磨，使所述氧化绝缘层与所述连接铜层的上表面距离所述导热金属板底面之间高度一致；
在所述导热金属板形成有所述氧化绝缘层及所述连接铜层的一侧表面上形成连接金属层和导电金属层；
蚀刻所述连接金属层和和所述导电金属层，得到线路图案和导热焊盘；
在所述导热焊盘上贴装LED发光元件，并将所述LED发光元件与所述导电图案层焊接。
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