CN200956685Y - 电子元器件封装铝基板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于电子元器件或LED芯片的直接散热铝基绝缘氧化电路板，铝基板的表面为绝缘性能的氧化层，在绝缘氧化层上用掩膜或光刻等形成所设计的电路图形，用磁控溅射的方法在铝基板上形成具有导热性和可焊性的金属化电路层，并在上面封装电子元器件或LED芯片。该结构作为厚膜电路和LED芯片的封装基板，其散热特性极为良好，最大限度地减少了热阻，改善电路元器件或LED温升，提高电路或LED的稳定性，其基板具有足够的强度和良好的机械加工性能，可在散热器上多芯片封装，从而实现大功率LED的应用。

Description

电子元器件封装铝基板
技术领域：
本实用新型涉及一种用于电子元器件或LED芯片的直接散热铝基绝缘氧化电路板，属电路板制造领域。
背景技术：
随着电子技术的迅猛发展，电子元器件日益小型化，尤其是LED大功率化的发展，使得元器件的单位体积内的发热量步步攀升，这将严重影响元器件的性能的提高和工作的可靠性。迫切需要一种低成本、高散热性，又能符合国际环保趋势的半导体的封装基板。除了常规散热技术，如各种形状和材料的散热器、铝基覆铜层压板等外，也发明了一些新颖的散热技术。
美国专利US5000662、US5192940、US5274351、US5291174、US5408575所述的是采用陶瓷或在金属板外镀覆陶瓷作基板，然后在其表面采用丝印银浆、烧结在上面做金属化处理来制作电路基板。其不足之处：一是制备工艺复杂、耗能大、成本高；二是由于其加工工艺要求和材料特性的原因不易做成具有散热特性的结构。因此可以说，这类材料只能是一种热传导的介质，还需要散热器的配合。
发明内容：
设计目的：避免背景技术中的不足之处，提供一种铝基绝缘氧化电路板，这种电路板具有良好的工艺性，便于加工，可批量生产，成本低；二是有优良的整体散热性，可提高电子元器件和芯片的工作可靠性，特别是提高大功率半导体元件的可靠性；三是采用了该电路板封装LED可制作大功率LED照明器件；四是无污染物和污染物的排放，符合环保要求。
设计方案：本实用新型涉及一种铝基绝缘氧化印刷电路板和采用该电路板制作的大功率LED照明器件。
对铝基板进行绝缘氧化处理，生成具有电气绝缘性能的氧化层。在绝缘氧化层上用掩膜或光刻等形成所设计的电路图形，用磁控溅射的方法，交替地沉积基底膜、导电膜和焊接膜，从而在铝基板上形成具有导电性和可焊性的金属化电路层，并在上面封装电子元器件。该基板在结构上，绝缘层与铝基板是无缝隙结合，最大限度地减少了热阻，改善散热性，导热率为119W/m×°K提高电路的稳定性；且具有足够的强度和良好的机械加工性能，便于加工。
在本实用新型的采用该电路板的大功率LED照明器件中，LED芯片直接接合在铝基绝缘氧化层上，利用这样的封装结构减少了热阻数，从而液减少了LED芯片的热阻，散热性能良好。并可在散热器上大面积、多芯片封装，使热量均匀分布，提高散热效率，从而实现大功率LED照明应用。
1、铝板或散热器作绝缘氧化处理且形成绝缘氧化层，绝缘氧化层的面上采用掩膜或光刻的方法形成电路图形且采用磁控溅射的方法使电路图形形成金属化导电层，是本实用新型的特征之一。磁控溅射是指：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。本实用新型正是基于此原理，将活性金属磁控溅射到铝(基)板的绝缘氧化层所形成的电路图案上，使其形成金属化导电层电路图案，该金属化导电层电路图案具有很优异的热传导，能够在瞬间将电子元器件或LED芯片产生的热量传导散热出去，确保电子元器件或LED芯片的正常工作。
2、金属化层由基底膜、导电膜、焊接膜复合组成，是本实用新型的特征之二。采用磁控溅射金属所形成的金属化层，不仅要满足其电气导通的功能，而且确保金属化层与绝缘氧化层的可靠结合力。由于金属化层中的基底膜采用磁控溅射的方法将铬或钛沉积到绝缘氧化层上，其结合力可达1000N/cm2，因此大幅度地提高了金属化层与绝缘氧化层间的可靠结合，并且具有良好的耐高温特性，可耐320℃/10s以上，金属化层无起泡、剥落现象，完全可适合无铅焊接工艺。
3、在铝基板或铝散热器的安装面设置电路图形，并且采用磁控溅射的方法使电路图形形成金属化层电路且电子元器件封装在金属化层电路上，是本实用新型的特征之三。所要解决的问题：减少电子元器件与铝板或散热器间的热阻，提高其热传导散热性，而在铝基板电路板上直接安装电子元器件(可以是任何电子元器件，如LED芯片、功率器件、电阻等等)，不仅可以直接减少电子元器件与铝板或铝散热器安装面间的热阻，可以使电子元器件所产生的热量直接经铝板或铝散热器散热，其散热性能非常好。
4、在经过绝缘氧化处理的铝基板绝缘氧化层采用磁控溅射的方法使掩膜或光刻方法形成电子元器件封装电路图形形成金属化层电路，且将电子元器件封装在金属化电路上、另一面采用磁控溅射的方法形成金属化层与其它器件或材料结合，是本实用新型的特征之四。铝基板的另一面与其它器件或材料(如热交换器、均热器，铜材、陶瓷等)结合，可以快速将铝基板金属化层上电子元器件所产生的热量进行更有效地散热或能量转换，确保电子元器件在其特定的温度环境下工作，特别是对于大功率电子元器件而言，此效果优为显著，同时提供更节能的措施。
5、在铝基板的绝缘氧化层上采用掩膜或光刻的方法形成LED电气连接电路图且采用磁控溅射的方法使电路图形形成金属化导电层，封装一片或2片或多片LED芯片在绝缘氧化层上且LED芯片电极和外围电路与金属化层连接，是本实用新型的特征之五。这种方案开创了LED器件成型的崭新结构，特别适用于大功率LED器件的成型，以及制造矩阵排列的LED器件的制造。它的最大特点在于：将器件的热阻减少至极限，降低了器件温升，满足了大功率、特大功率LED照明器件的散热要求。其技术方案：电子元器件封装铝基板，铝基板(5或6)面为绝缘氧化层(4)，绝缘氧化层(4)上置有电路图形的金属化层(1～3)，电子元器件(7)封装在金属化导电层上，铝基板非电子元器件安装面与其他器件或材料结合。
本实用新型与背景技术相比，一是采用铝材制作的电路板基板，具有良好的机械加工性能，取材方便，价格低廉；二是电路板和散热器合二为一，中间没有机械连接间隙，整体散热效果优于高导热系数的陶瓷板与铜材等组合的散热器；三是采用铝材制作的电路板基板，由于电路板和散热器合二为一，散热性能好、成本低廉且环保、对环境无任何污染，因此使本实用新型与背景技术相比具有如下突出的性价比：①膜层的附着力大，可达1000N/cm2以上；②膜层薄，用料省，尤其是贵金属银等材料，成本低；③镀膜的工艺过程和膜层材料均符合环保要求，符合RoHS指令；④镀膜工艺采用旋转靶自动化连续式溅射生产线进行金属化，加工周期短，产量高，生产量可达2m2/10～12min以上，取得了意想不到的经济效益和社会效益。
附图说明：
图1是单面铝基绝缘氧化电路板。
图2是带散热器的铝基绝缘氧化电路板。
图3是带散热器的铝基绝缘氧化电路板的直接封装LED和元器件示意图。
具体实施方式：
参照附图1～5，对本实用新型作以简单叙述。
1--焊接膜：主要用于焊接电子元器件。一般由银或金等导电性和焊接性良好的金属采用磁控溅射的方法沉积到导电膜上，厚度约为0.3～0.8μm。
2--导电膜：主要起导电作用，承载一定的电流密度，并过渡膨胀系数差异较大的焊接膜和基底膜。一般是采用磁控溅射的方法将铜或镍或铜镍合金沉积到基底膜上。导电膜的厚度为1～2μm。
3--基底膜：主要是起到与绝缘氧化层有较强的附着力，并覆镀整个金属化导电层。采用磁控溅射的方法将铬或钛金属沉积到绝缘氧化层上。基底膜的厚度为0.1～0.15μm。
4--绝缘氧化层：通过对铝的特殊阳极氧化处理，形成的具有微孔结构的Al2O3结构层，厚度约几十μm。该层具有电气绝缘性能，抗电强度根据阳极氧化处理工艺的不同，250-3000V。
5--铝基板，是电路板的基板，要选择有一定的机械强度和机械加工性能，又适宜做绝缘氧化处理的铝板，通常选用6061、6063、3003、1100等牌号。
6--散热器，是加工成散热器形状的铝基板。
7--电子元器件，可用表面贴装元件(SMT)或其他形式的元器件。
8--电子元器件焊料，可根据要求采用有铅或无铅焊料。
9--LED密封胶，可以是环氧胶或硅胶，用于固定LED金线和封装LED芯片。
10--LED芯片，也可以是其他半导体芯片。
11--电极引线：是将芯片电极引出来，通常是金线，或铝线等。
12--芯片粘结层，是将LED芯片附着在基板的绝缘氧化层上，是具有良好导热性的胶或共晶镀层。
实施例1：参照附图1。电子元器件封装铝基板，铝基板5或6面为绝缘氧化层(4)，绝缘氧化层4上置有电路图形的金属化层1～3，电子元器件封装在金属化导电层上，铝基板非电子元器件安装面与其他器件或材料结合，所述的器件是指热交换器或均热器；所述的材料是指铜、导热胶、陶瓷、绝缘材料。铝基板的非电子元器件安装面带散热翅的散热器结构，直接用于散热金属化层1～3由基底膜3、导电膜2、焊接膜1复合组成。铝基板的非电子元器件安装面带散热翅的散热器结构，直接用于散热①基底膜采用磁控溅射金属铬或钛的方法将铬或钛沉积到绝缘氧化层上，基底膜的厚度为0.1～0.15μm范围且控制在其范围内可以任意确定其值，并包括端值。②导电膜采用磁控溅射金属铜或镍或铜镍合金的方法将铜或镍或铜镍合金沉积到基底膜上，导电膜的厚度为1～2μm范围且控制在其范围内可以任意确定其值，并包括端值。③焊接膜采用磁控溅射金属银或金的方法将银或金沉积到导电膜上，焊接膜的厚度为0.3～0.8μm范围且控制在其范围内可以任意确定其值，并包括端值。绝缘氧化层的面上采用掩膜或光刻的方法形成电路图形且采用磁控溅射的方法使电路图形形成金属化层。磁控溅射的方法系现有技术，在此不作叙述。所述的电子元器件为大功率LED管、功率模块、电阻等等。
实施例2：参照附图2，带散热器的电子元器件封装铝基板。铝散热器作绝缘氧化处理且形成绝缘氧化层，在安装面的绝缘氧化层上采用掩膜或光刻的方法形成电路图形且采用磁控溅射的方法使电路图形形成金属化层，电子元器件封装在金属化导电层上、通过散热翅散热。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本实用新型作了比较详细的说明，但是这些说明只是对本实用新型的简单说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神内的发明创造，均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1、一种电子元器件封装铝基板，铝基板(5或6)面为绝缘氧化层(4)，其特征是：绝缘氧化层(4)上置有电路图形的金属化层(1～3)，电子元器件封装在金属化导电层上，铝基板非电子元器件安装面与其他器件或材料结合。
2、根据权利要求1所述的电子元器件封装铝基板，其特征是：金属化层(1～3)由基底膜(3)、导电膜(2)、焊接膜(1)复合组成。
3、根据权利要求1所述的电子元器件封装铝基板，其特征是：所述的器件是指热交换器或均热器。
4、根据权利要求1所述的电子元器件封装铝基板，其特征是：所述的材料是指铜、导热胶、陶瓷、绝缘材料。
5、根据权利要求4所述的大功率LED照明器件的散热方式，其特征是：铝基板的非电子元器件安装面带散热翅的散热器结构，直接用于散热。
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