CN201349384Y - 高导散热铝覆金属底材结构 - Google Patents

高导散热铝覆金属底材结构 Download PDF

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Abstract

一种高导散热铝覆金属底材结构，用于电性连接设置电子元件；铝覆金属底材包含有：一铝金属散热层、一镀着金属导热层、一绝缘导热胶层及一金属电路层依序结合形成多层相叠结构体，该镀着金属导热层一侧设有密集凹凸起伏状抓着面，以结合绝缘导热胶层的相对侧面，达到更快速导热与散热功能，以解决现有绝缘导热胶层与铝基板彼此间粘着性或附着性不佳等缺陷，避免经高温热冲击后产生分离或爆板等问题。

Description

高导散热铝覆金属底材结构
技术领域
本实用新型涉及一种高导散热铝覆金属底材结构，特别是涉及一种专供高功率电子元件传导散热使用的铝覆金属底材结构。
背景技术
目前电子元件功率越来越大，发出热量也随之越来越大，因此必须配置叠构散热铝基板，以加快热量传导。例如：大于1w的高功率发光二极管(HIGH POWER LED)，输入功率仅有15～20％转换成光，其余80～85％则转换成热能，若这些热能未适时排出至外界，那么将会使LED晶粒界面温度过高而影响发光效率及发光寿命。
现有的叠构散热铝基板90如图1所示的结构，只有铝合金散热层91、绝缘导热胶层92与金属电路层93。铝合金散热层91经阳极处理或经氢氧化钠浸泡，使其表面粗糙化后，再将此粗糙化后的铝合金散热层91、绝缘导热胶层92与金属电路层93进行热压合成为一体，使电子元件94的导线95焊接于金属电路层93上。此种散热铝基板90因仅用铝合金作为散热材料，以及导热胶体的导热速率受限，而无法更有效快速的散热。更因市面上各种导热胶体材料不同、特性不一，且导热胶体粘性的选择限制，使得热压合条件与参数变得非常复杂且不稳定，以致目前业界最常使用商品化生产的绝缘导热胶层92无法更有效快速散热，且绝缘导热胶层92与铝合金散热层91接触面间的粘着力强度低，经高温300℃热冲击后易产生分离或爆板问题，使得产品制作困难且品质可靠度低，无法满足目前市场需求。另外，亦有业者推出陶瓷基板如：氧化铝、LTCC(低温共烧陶瓷)、氮化铝等，而钻石基板是以钻石层来取代绝缘导热胶层，以及直接铜接合基板(DBC)等技术作出类似相关的散热基板，但都因制造工艺上重量限制，机械加工困难，技术门槛太高，以及制作所需成本昂贵，而无法普及市场并满足市场需求。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高导散热铝覆金属底材结构，以提升现有叠构散热铝基板的导散热速率。
为达到上述目的，本实用新型提供一种高导散热铝覆金属底材结构，用于电性连接设置电子元件；该铝覆金属底材包含有：一铝金属散热层、一镀着金属导热层、一绝缘导热胶层及一金属电路层依序结合形成多层相叠结构体，该镀着金属导热层一侧设有密集凹凸起伏状抓着面，以结合绝缘导热胶层的相对侧面。
本实用新型通过无电解电镀、电镀或真空蒸镀技术将铝金属散热层表面镀着上一层金属如：铜金属。因铜具有良好的导电、导热性，其中铜的热传导率(400w/mk)几乎是铝合金代号5052(150w/mk)的2倍以上。高热传导率意味着热量能更容易从材料的一端传导到另一端，从而保证整个散热装置的散热面积能够得到充分的利用。例如利用铜本身很高的热传导，将电脑中央处理器(CPU)或高功率发光二极管(HIGH POWER LED)等电子元件在工作时瞬间产生的热量快速传导至铝金属端，使整体高导散热铝覆金属底材上部与下部温度差明显增加，加快热量传导，从而提高铝覆金属底材整体散热效果。
本实用新型高导散热铝覆金属底材在铝金属散热层表面镀着上一层金属如：铜，再于此镀着铜金属表面做压合前处理，如：棕、黑(氧)化等方式以增加表面积，再与绝缘导热胶做热压合处理，而形成绝缘导热胶与镀着铜金属问强有力的键结，而铜铝交接面会因在热压合时150℃以上高温，以通过原子迁移而自然形成一铜铝合金层，让铜与铝合金更紧密且牢固结合，且经0～120℃冷热冲击试验300次后完全不会有分离的现象产生。
本实用新型高导散热铝覆金属底材能够大幅提升各层间的键结力，且对绝缘导热胶材有更宽广的选择性，不需受限于特定绝缘导热胶材的特性，让制作参数容易掌握，进而达成更佳的良率与产率。
附图说明
图1为现有叠构散热铝基板的剖视图；
图2为本实用新型较佳实施例铝覆金属底材的剖视图；
图3为本实用新型另一实施例铝覆金属底材的剖视图。
主要元件符号说明：
10铝金属散热层            11粗糙面
20镀着金属导热层          21抓着面
30绝缘导热胶层
40金属电路层
50电子元件                51导线
具体实施方式
有关本实用新型为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举出可行实施例，并且配合附图说明如下：
请参阅图2所示，本实用新型高导散热铝覆金属底材主要用于电性连接设置电子元件50。本实用新型铝覆金属底材包含有：一铝金属散热层10、一镀着金属导热层20、一绝缘导热胶层30及一金属电路层40依序结合形成多层相叠结构体，并且镀着金属导热层20一侧设有密集凹凸起伏状抓着面21，以结合绝缘导热胶层30的相对侧面，达到更快速导热与散热功能，以解决现有绝缘导热胶层与铝基板彼此间粘着性或附着性不佳等缺陷，避免经高温热冲击后产生分离或爆板等问题。
继续说明本实用新型高导散热铝覆金属底材的实际制造程序，如图2所示，先将铝金属散热层10浸泡于氢氧化钾或氢氧化钠水溶液中(100g～200g/l，50～80℃)浸泡30～60秒，使其表面粗糙化构成一侧、双侧或多侧粗糙面11。本实用新型以无电解电镀、电镀或真空蒸镀方式，将金属镀着于已粗糙化的铝金属散热层10的至少一侧粗糙面11上，以形成镀着金属导热层20如镀着金属铜，再将金属铜一侧表面经刷磨、微蚀刻、超微蚀、喷金刚砂、黑(氧)化、黑(氧)化加还原转化、棕化、水平微蚀棕化、化学镀锡或化学镀银等方法，使镀着金属铜一侧成型为密集凹凸起伏状抓着面21，而且抓着面21除了可因粗糙化而形成粗糙面之外，亦可另行处理成金属氧化生成绒毛面，以增加抓着结合力与表面积。
本实用新型以现有印刷电路板(PCB)热压合方式(150℃以上热压1小时)，将绝缘导热胶层30一侧面热压合粘着于镀着金属导热层20的相对抓着面21上，同时以相同热压合方式将金属电路层40如单面铜箔、铜板、双面(导热)印刷电路板(参阅图3)、多层(导热)印刷电路板或高密度互连印刷电路板(HDI板)热压合粘着于绝缘导热胶层30另一侧面结合一体。而电子元件50的导线51(导脚、焊垫)以焊锡焊接至金属电路层40，则该电子元件50即可在本实用新型高导散热铝覆金属底材表面运行，并且电子元件50运行时所产生高热量经由金属电路层40传至绝缘导热胶层30，再通过镀着金属导热层20快速吸附热能，并加速导热给铝金属散热层10，达到有效快速散热，使电子元件50比现有叠构散热铝基板更能降低温度热量，且具有更良好的运行效率。
在图2及图3所示的较佳实施例中，本实用新型铝覆金属底材的铝金属散热层10最好选用纯铝或铝合金材料，并且铝金属散热层10的厚度设为0.4mm～3.2mm，而铝金属散热层10一侧可设有粗糙面11，以结合镀着金属导热层20的相对侧面。本实用新型镀着金属导热层20的热传导率高于铝金属散热层10，而镀着金属导热层20可选自于铜、铜合金、镍、钯、金、锡、银与锌的其中一种，并且镀着金属导热层20厚度最好设为0.0001mm～0.105mm。另外，绝缘导热胶层30中则含有热传导粉体，而热传导粉体可选自于金、银、铜、铁、碳、氧化铝、氮化铝、氮化硼、硼化钛、氧化铍、氧化锌与碳化硅粉体的其中至少一种，并且绝缘导热胶层30的厚度最好设为0.0075mm～0.17mm。
本实用新型高导散热铝覆金属底材以镀着金属导热层20分别结合铝金属散热层10与绝缘导热胶层30，能够达到更快速导热与散热功能，以解决现有绝缘导热胶层与铝基板彼此间粘着性或附着性不佳等缺陷，避免经高温热冲击后产生分离或爆板等问题，具备产业利用价值。
以上所举实施例仅用于方便说明本实用新型，而并非加以限制，在不背离本实用新型的范围，所属领域的技术人员所作的各种简易变化与修饰，均仍应含括于权利要求书的范围中。

Claims (10)

1、一种高导散热铝覆金属底材结构，用于电性连接设置电子元件；其特征在于，该铝覆金属底材包含有：一铝金属散热层、一镀着金属导热层、一绝缘导热胶层及一金属电路层依序结合形成多层相叠结构体，该镀着金属导热层一侧设有密集凹凸起伏状抓着面，以结合绝缘导热胶层的相对侧面。
2、根据权利要求1所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该镀着金属导热层一侧抓着面设为粗糙面。
3、根据权利要求1所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该镀着金属导热层一侧抓着面设为金属氧化生成绒毛面。
4、根据权利要求2或3所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该镀着金属导热层的热传导率高于铝金属散热层。
5、根据权利要求4所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该铝金属散热层一侧设有粗糙面，以结合镀着金属导热层的相对侧面。
6、根据权利要求4所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该镀着金属导热层选自于铜、铜合金、镍、钯、金、锡、银与锌的其中一种。
7、根据权利要求6所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该镀着金属导热层厚度设为0.0001mm～0.105mm。
8、根据权利要求1所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该绝缘导热胶层中含有热传导粉体。
9、根据权利要求8所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该热传导粉体选自于金、银、铜、铁、碳、氧化铝、氮化铝、氮化硼、硼化钛、氧化铍、氧化锌与碳化硅粉体的其中至少一种。
10、根据权利要求8所述的高导散热铝覆金属底材结构，其特征在于：该绝缘导热胶层的厚度设为0.0075mm～0.17mm。
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