CN208548370U - 金属基导热板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属基导热板，为包括金属基底、高分子绝缘层和金属层的层叠结构，该高分子绝缘层中包括高分子聚合物和导热陶瓷粉粒，导热陶瓷粉粒的平均粒径为1～30μm，比表面积为0.2～10m²/g，外观为球形。本实用新型通过其中导热陶瓷粉粒的粒径和比表面积的优化，有效的减少了气泡产生、降低导热率和提升质量的稳定性。

Description

金属基导热板

【技术领域】

本实用新型涉及一种金属基导热板，特别是涉及一种薄型类陶瓷金属基导热板。

【背景技术】

早期LED使用功率不高，通常只作为显示灯及信号灯。不过近年来LED功率和亮度有显着提升而逐渐应用于照明上，而且LED灯具是目前的照明装置中功耗最小的，因此为最符合环保趋势的电子照明产品。

目前提高LED亮度有两种方式，分别为增加芯片亮度以及多颗密集排列等方式，这些方法都需输入更高功率的能量，而输入LED的能量，大约20％会转换成光源，剩下80％都转成热能，然在单颗封装内送入倍增的电流，发热自然也会倍增，因此在如此小的散热面积下，散热问题会逐渐恶化。如果难以及时的将热排除于外，产生的热对LED晶粒是很严重的问题。当LED晶粒接口温度升高时，量子转换效率导致发光强度下降，且寿命也会跟着下降；放射波长改变，使得色彩稳定性降低。受热时因不同材质的膨胀系数不同，会有热应力累积使产品可靠性降低，使用年限也会降低。因此，散热是高功率LED急需解决的重要问题。

就散热角度考虑，除需考虑散热基板的导热率提升外，进阶也可考虑降低散热基板的热阻。在相同导热率的散热基板其导热绝缘层厚度越薄则其热阻则越低，高导热的薄型化类陶瓷基板为LED散热的解决方案之一，不过如果导热陶瓷粉粒的大小或比表面积控制不当，压合时可能会产生气泡而降低导热率和质量的稳定性。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种金属基导热板，能够有效的减少气泡产生、降低导热率和提升质量的稳定性。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种金属基导热板，为包括金属基底、高分子绝缘层和金属层的层叠结构。该高分子绝缘层中包括高分子聚合物和导热陶瓷粉粒，导热陶瓷粉粒的平均粒径为1～30um，比表面积为0.2～10m²/g，外观为或不规则破碎形。

一实施例，所述导热陶瓷粉粒为至少二种不同粒径大小的组合。

一实施例，所述二种不同粒径大小为5～10um和12～15um。

一实施例，所述高分子绝缘层为A阶段环氧树脂层。

一实施例，所述导热陶瓷粉粒包括氧化铝、氮化铝、氮化硼或氧化镁粉粒。

一般业界主要专注在提升导热率，而降低导热黏合贴片绝缘层厚度除在生产制备上较不易，另在真空压合更易因制程、参数不适合而影响成品电性、导热率、热阻厚度均匀性，进而无法满足质量及良率。本实用新型生产的金属基导热板目前已克服相关问题技术达到高的质量、良率可稳定生产。由于产品具备低热阻的散热特性，热传导率已经与传统陶瓷基板相当，且具备高的耐电性及绝缘性，将有效增进组件的电器特性、安全性、稳定性与耐用性，预期除了可以应用于LED相关产业外，预期将可以使用在太阳能、车用电子、马达、功率IC电源供应器等相关市场。

与现有技术相比，本实用新型的金属基导热板的有益效果在于：能够有效的减少气泡产生、降低导热率和提升质量的稳定性；质量高、质量稳定；具备低热阻的散热特性且具备高的耐电性及绝缘性，能够有效增进组件的电器安全特性。

【附图说明】

图1为本实用新型金属基导热板的一个实施例的结构示意图。

附图标记说明：

10 金属基导热板

11 金属基底

12 高分子绝缘层

13 金属层

【具体实施方式】

下面请参照说明书附图，对本实用新型进一步描述。

图1显示本实用新型一个实施例的金属基导热板的示意图。金属基导热板10包括金属基底11、高分子绝缘层12和金属层13，该金属基底11、高分子绝缘层12和金属层13依序由下而上形成层叠结构。该高分子绝缘层12中包括高分子聚合物和导热陶瓷粉粒。

一实施例中，由于环氧树脂具有良好的电气特性、制程能力、接着强度、低廉价格且容易取得，可选择作为高分子绝缘层12中的高分子聚合物，导热陶瓷粉粒采用氧化铝、氮化铝、氮化硼或氧化镁。制作导热黏合片以环氧树脂单体、交联促进剂与导热陶瓷粉粒掺混系统，通过导热陶瓷粉粒的导入，提升系统的导热特性；并利用高扭力双螺杆压出机混合及利用热压成型机加热进行高分子预聚合反应，将材料制作成黏合片。结合高分子材料、高分子加工与组件量测技术等，开发出新型金属基电路板架构(MCPCB)的金属基导热板，并将其验证于LED组件上，证明可有效改善LED组件的散热效率。

改善解决LED等组件散热性除需考虑导热率提升外，进阶也可考虑降低导热板的热阻，在相同导热率的导热板其导热绝缘层厚度越薄则其热阻则越低，进而可更有效帮助LED等组件散热。为保持散热基板导热率且降低导热绝缘层的厚度进而降低导热板总热阻，除了需填充大量导热陶瓷粉外，另为控制导热绝缘层厚度其选用的导热陶瓷粉粒径也需选用小粒径，而小粒径陶瓷粉的高比表面积特性将严重影响陶瓷散热基材黏度及流变性。因此，本实施例中的导热陶瓷粉粒的平均粒径为1～30um，比表面积为0.2～10m²/g，外观为球形或不规则破碎形。优选地，导热陶瓷粉粒为至少二种不同粒径大小的组合，二种不同粒径大小为5～10um和12～15um。比表面积优选为1.5m²/g或为2m²/g、3m²/g或4m²/g。

薄型化类陶瓷散热基材由于添加大量且高比表面积的导热陶瓷粉粒而具备有高的散热特性，而为求高的陶磁粉填充量于树脂黏度需控制在相对低的黏度掺混操作，但高填充量且高比表面积陶磁粉混合于低黏度树脂于真空压合时易造成大的压合压力产生陶磁粉与树脂的相分离，低的压合压力又不易将黏合胶片及介层间的气泡排出，本实用新型经由控制黏合片于真空热压金属散热基板制程时的黏弹性变化，降低绝缘层中的气泡产生、推胶异常、陶磁粉与树脂的相分离，而达到高导热系数及高信赖性的目的。

本实用新型结合高分子聚合物与陶瓷粉粒的优点，采用混成技术制成高导热类陶瓷基板，其中陶瓷粉粒虽然提供了散热特性，但是陶瓷粉粒无法直接形成类陶瓷基板，高分子的热传系数仅达0.36W/m·K以下，但是高分子聚合物能提供电性、机械力与可靠度，以及能够将陶瓷粉粒分散于其中。本实用新型同时采用氧化铝、氮化铝、氮化硼或氧化镁与环氧树脂的高分子复合材料系统，更需搭配陶瓷粉粒的外观形状(球型、破碎型)、二种以上不同粒径大小组合，以及陶瓷粉粒的表面处理技术，以最大填充量与最密堆积为目标，以达到高导热系数与高信赖性的需求。

本实用新型金属基导热板10为一种高导热的类陶瓷基板，为包含金属基底11、高分子绝缘层12和金属层13的复合基板，高分子绝缘层12中添加导热陶瓷粉粒以增加材料的导热率。压合制作时必须注意如果控制不当高分子绝缘层12可能会产生气泡而降低导热率和质量的稳定性。金属基导热板10为软质材料，有适当的低流动性，足以充分填补接合面的间隙，从而取得最佳的导热效果。优选的，金属基导热板10在90℃时的黏度(viscosity)范围在2000～5000Pas。本实用新型于高分子绝缘层12制作时严格控管其流变参数稳定性，相较一般B阶段(B-stage)的FR4印刷电路板，本实用新型压合高分子绝缘层12为A阶段(A-stage)环氧树脂层，所以还是在流体的阶段，于真空压合时针对该流变参数图的树脂黏弹性变化，设计各压合段的压力及温升曲线而达到符合需求的压合程序，进而达到高分子绝缘层12中低的气泡产生、无陶瓷粉粒与树脂相分离及推胶异常的特性目的。高分子绝缘层12中的气泡将使热阻上升、电性下降，陶瓷粉粒与树脂的相分离亦将使基板散热不均匀，本实用新型通过高分子绝缘层12稳定的流变特性及相对应的压合参数，排除气泡产生及陶瓷粉粒与树脂的相分离，使得金属基导热板10具备高导热系数及高信赖性的特性。

如果LED光源基板散热不良，会使得LED光衰并导致亮度降低。当亮度降低时，在LED发光指向侧面的亮度衰退更为严重，间接影响出光角度。金属基导热板10的导热率大于等于2W/m·K或较优地大于等于4W/m·K。

本实用新型生产的金属基导热板达到高的质量、良率可稳定生产。由于产品具备低热阻的散热特性，热传导率已经与传统陶瓷基板相当，且具备高的耐电性及绝缘性，将有效增进组件的电器安全特性。

本实用新型降低厚度和热阻，并针对此薄型化类陶瓷基板的压合技术做出了改良，有效提升了产品的质量和产出良率。

本实用新型的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域相关技术人员仍可能基于本实用新型的启示及公开而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所示，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种金属基导热板，其为包括金属基底、高分子绝缘层和金属层的层叠结构，其特征在于：所述高分子绝缘层中包括高分子聚合物和导热陶瓷粉粒，所述导热陶瓷粉粒的平均粒径为1～30μm、比表面积为0.2～10m²/g，所述导热陶瓷粉粒为至少二种不同粒径大小的组合，所述二种不同粒径大小为5～10μm和12～15μm。

2.如权利要求1所述的金属基导热板，其特征在于：所述导热陶瓷粉粒为球形或破碎形。

3.如权利要求1所述的金属基导热板，其特征在于：所述高分子绝缘层为A阶段环氧树脂层。

4.如权利要求1所述的金属基导热板，其特征在于：所述导热陶瓷粉粒包括氧化铝、氮化铝、氮化硼或氧化镁粉粒。