TW202014083A - 適用於印刷電子元件之電路板 - Google Patents

Abstract

一種適用於印刷電子元件之電路板，包含一可撓基板、至少一印刷電子元件、一線路層、一保護層以及至少一散熱層。印刷電子元件疊設於可撓基板。線路層疊設於可撓基板，線路層電性連接印刷電子元件，且線路層與印刷電子元件皆位於可撓基板之同一側。保護層疊設於印刷電子元件及線路層，使印刷電子元件及線路層位於可撓基板與保護層之間。散熱層疊設於保護層並且散熱層與線路層分別位於保護層之相對兩側，或疊設於可撓基板並且散熱層與線路層分別位於可撓基板之相對兩側。其中，印刷電子元件及線路層皆由印刷方式所製造而成。

Description

適用於印刷電子元件之電路板

本發明係關於一種適用於印刷電子元件之電路板，特別是一種電子元件及線路層皆由印刷方式所製成且具有散熱層的電路板

隨著未來消費型電子產品可撓化與薄型化的潮流發展，陸續有製造商嘗試將可撓式材料應用於製造電路板之基板，並且嘗試縮小電子元件的體積。

然而，常見之可撓式材料的熱導率往往過低，以此材料製造而成的可撓式基板熱導率亦過低。當縮小體積後的電子元件疊設於可撓式基板後，小型化的電子元件在工作時所產生的熱量不易被可撓式基板帶離。如此一來，小型化的電子元件在高功率狀態下的大量熱量會聚集在電子元件周圍，造成電子元件所在位置周圍的可撓基板溫度升高。高溫使得可撓基板發生變形，造成疊設於可撓基板的電子元件或線路層跟著翹曲而損壞，連帶使得整塊電路板皆無法使用。當散熱不良的問題更加嚴重時，甚至會造成可撓基板燒毀的問題。

本發明在於提供一種適用於印刷電子元件之電路板，藉以解決可撓基板的散熱性不佳，使得疊設於可撓基板上的小型化電子元件所產生的熱量不易被可撓基板帶離，進而造成整塊電路板損壞而無法使用甚至是燒毀的問題。

本發明之一實施例所揭露之電路板適用於印刷電子元件，電路板包含一可撓基板、至少一印刷電子元件、一線路層、一保護層以及至少一散熱層。印刷電子元件疊設於可撓基板。線路層疊設於可撓基板，線路層電性連接印刷電子元件，且線路層與印刷電子元件皆位於可撓基板之同一側。保護層疊設於印刷電子元件及線路層，使印刷電子元件及線路層位於可撓基板與保護層之間。散熱層疊設於保護層並且散熱層與線路層分別位於保護層之相對兩側，或散熱層疊設於可撓基板並且散熱層與線路層分別位於可撓基板之相對兩側。其中，印刷電子元件及線路層皆由印刷方式所製造而成。

根據上述本發明所揭露的適用於印刷電子元件之電路板，藉由散熱層的設置，使得印刷電子元件在工作時所產生的熱量會經由散熱層傳導而被帶離，進而確保可撓基板以及印刷電子元件維持在可正常運作的溫度範圍。如此一來，薄型化且可撓的電路板，仍可設置高功率的印刷電子元件並正常作用，以增加薄型化且可撓之電路板的適用性。

以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

以下將說明有關本發明之第一實施例，首先請參閱圖1。圖1係為本發明第一實施例之電路板的側面示意圖。

本發明第一實施例之電路板10a包含一可撓基板100a、至少一印刷電子元件200a、一線路層300a、一保護層400a以及一散熱層500a。於本發明第一實施例中，可撓基板100a之厚度為750微米(μm)以下，但不以此為限。於本發明其他實施例中，可撓基板之厚度可為30μm至500μm，使得可撓基板維持較佳的結構強度並具 有較佳的彎折效果，其中可撓基板的厚度例如為50μm、100μm、150μm或是其他讓可撓基板能夠維持適度可撓性的厚度。於本發明第一實施例中，可撓基板100a之熱導率例如為0.4 W/m．K以下，但不以此為限。於本發明其他實施例中，可撓基板的熱導率為0.1~0.4 W/m．K。於本發明第一實施例中，可撓基板100a之材料例如為PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)或達FR4等級之環氧數脂，但不以此為限。於本發明其他實施例中，可撓基板之材料亦可為其他有可撓性的高分子材料。

印刷電子元件200a疊設於可撓基板100a。印刷電子元件200a的厚度可為1000μm以下，例如為8μm、20μm、80μm、200μm或800μm，以符合電路板10a之薄型化的需求。於本發明第一實施例中，印刷電子元件200a例如為電容、電阻或電感，但不以此為限。於本發明其他實施例中，印刷電子元件亦可為其他電子元件。於本發明第一實施例中，印刷電子元件200a係由導電油墨以印刷方式所製造而成。導電油墨例如為導電銀漿、導電銅漿、導電鋁漿或導電高分子材料，其中導電高分子材料包含PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))，但不以此為限。於本發明其他實施例中，構成印刷電子元件的導電油墨可為包含金、銀、銅、鋁、鉑、其合金、其他金屬或其他合金之粉末的油性油墨。

於本發明第一實施例中，印刷電子元件200a採用印刷形式所製造而成，印刷形式例如為網版印刷、凹版印刷、凸版印刷或噴墨印刷。以印刷形式製造印刷電子元件200a能省去於可撓基板100a額外組裝印刷電子元件200a的工時，進而能提升生產電路板10a的效率。於本發明第一實施例中，導電油墨以液態的形式被印刷在可撓基板100a上，待導電油墨中例如為揮發溶劑的液態成份經乾燥而被移除後，留下的固態成份則形成印刷電子元件200a。導電油墨的乾燥方式為以例如攝氏60至80度的溫度對印刷於可撓基板100a上的導電油墨進行烘烤，烘烤的時間長度為例如5至15分鐘，但不以此為限。於本發明其他實施例中，可以為例如不會造成可撓基板變形的烘烤溫度或烘烤時間進行烘烤，或是僅將導電油墨自然乾燥。

線路層300a疊設於可撓基板100a，線路層300a電性連接印刷電子元件200a，並且線路層300a與印刷電子元件200a皆位於可撓基板100a之同一側。於本發明第一實施例中，線路層300a係由導電油墨以印刷方式所製造而成。導電油墨例如為導電銀漿、導電銅漿、導電鋁漿或導電高分子材料，其中導電高分子材料包含PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))，但不以此為限。於本發明其他實施例中，構成印刷電子元件的導電油墨可為包含金、銀、銅、鋁、鉑、其合金、其他金屬或其他合金之粉末的油性油墨。於本發明第一實施例中，線路層300a採用印刷形式所製造而成，印刷形式例如為網版印刷、凹版印刷、凸版印刷或噴墨印刷。以印刷形式製造線路層300a能較電鍍形式製造線路層節省工時與降低對環境的汙染，進而能降低生產電路板10a的總成本。於本發明第一實施例中，導電油墨以液態的形式被印刷在可撓基板100a上，待導電油墨中例如為揮發溶劑的液態成份經乾燥而被移除後，留下的固態成份則形成線路層300a。導電油墨的乾燥方式為以例如攝氏60至80度的溫度對印刷於可撓基板100a上的導電油墨進行烘烤，烘烤的時間長度為例如5至15分鐘，但不以此為限。於本發明其他實施例中，可以為例如不會造成可撓基板變形的烘烤溫度或烘烤時間進行烘烤，或是僅將導電油墨自然乾燥。

保護層400a以例如印刷、噴塗、淋塗、貼合、鍍膜、濺鍍、電鍍或化學鍍方式疊設於印刷電子元件200a及線路層300a，使印刷電子元件200a及線路層300a位於可撓基板100a與保護層400a之間。於本發明第一實施例中，保護層400a的材料例如為環氧樹脂或壓克力，但不以此為限。保護層400a透過例如為電熱爐或紅外線照射之熱源並以例如為低溫烘烤的方式乾燥且固化。於本發明其他實施例中，為了在製造過程中加速固化保護層，保護層的材料可更包含紫外光固化材料。此紫外光固化材料可做為加速固化反應的起始劑，換句話說，保護層的材料例如為含有紫外光固化材料的環氧樹脂或具有紫外光固化材料的壓克力。保護層400a包覆印刷電子元件200a及線路層300a並提供印刷電子元件200a及線路層300a穩定的環境，並藉此提升印刷電子元件200a的耐候性。透過保護層400a的設置，使得印刷電子元件200a在攝氏65度、相對濕度95%以及經過72小時後的條件下，印刷電子元件200a的電阻變化率仍能維持在5%以內。如此一來，採用印刷電子元件200a且設有保護層400a的電路板10a便可以擴大其適用的環境條件。

散熱層500a以例如印刷、噴塗、淋塗、貼合、鍍膜、濺鍍、電鍍或化學鍍方式疊設於保護層400a並且散熱層500a與線路層300a分別位於保護層400a之相對兩側。亦即，散熱層500a疊設於保護層400a遠離線路層300a之一側。散熱層500a的厚度為1μm以上。散熱層500a之材料例如為金屬氧化物、陶瓷、石墨烯、二氧化矽、矽膠或聚合物(Polymer)，其中金屬氧化物例如為氧化鋅或氧化錳。散熱層500a透過例如為攝氏80度的溫度烘烤並且烘烤時間為10分鐘的方式，使得散熱層500a中的液態成份蒸發，留下的固態成份則附著於保護層400a。散熱層500a之熱導率大於可撓基板100a之熱導率，因此能較有效地傳導印刷電子元件200a所產生的熱量。印刷電子元件200a所產生的熱量經由保護層400a傳導至散熱層500a進行散熱，使這些熱量平均分散不過度集中在印刷電子元件200a周圍，進而確保可撓基板100a以及印刷電子元件200a維持在可正常運作的溫度範圍。於本發明第一實施例中，散熱層500a為單層結構，但不以此為限。於本發明其他實施例中，散熱層可為雙層結構，例如一層為金屬層而另一層為膠層，金屬層透過膠層貼合於保護層遠離線路層之一側。於本發明其他實施例中，散熱層例如為銅膠帶，可方便且快速地將散熱層貼合於保護層遠離線路層之一側。

前述之散熱層500a之熱導率大於可撓基板100a之熱導率，亦即散熱層500a之熱導率為超過0.4 W/m．K。當散熱層500a之熱導率僅些微超過0.4 W/m．K時，為了確保散熱層500a的散熱能力可滿足最大功率達500毫瓦(mW)之常用電子元件的散熱需求，散熱層500a之面積需為印刷電子元件200a之面積的1.875倍以上。其中，在散熱層500a之熱導率僅些微超過0.4 W/m．K的情況時，A.散熱層500a之面積、B.印刷電子元件200a之面積與C.印刷電子元件200a之最大功率的關係如下表所示。此外從下表中亦可得知D.散熱層500a之面積對印刷電子元件200a之面積的比值。

由上表可得知，若是電路板10a未設置散熱層500a，即上表第一項，選用的C.印刷電子元件200a之最大功率僅能達到322mW，不符合C.印刷電子元件200a之最大功率需達500mW之需求。若是電路板10a設置散熱層500a，則可從上表得知，當A.散熱層500a之面積越大時，選用的C.印刷電子元件200a之最大功率也可越高。但若是D.散熱層500a之面積對印刷電子元件200a之面積的比值未滿1.875倍時，例如上表第二項，C.印刷電子元件200a之最大功率僅為400mW，無法滿足500mW以上之需求。若是D.散熱層500a之面積對印刷電子元件200a之面積的比值達到100倍時，即上表最後一項，散熱層500a的散熱能力可滿足最大功率達1428mW之印刷電子元件200a。

上述實施例之散熱層500a疊設於保護層400a並且散熱層500a與線路層300a分別位於保護層400a之相對兩側，但不以此為限。接下來請參閱圖2，圖2係為本發明第二實施例之電路板的側面示意圖。以下僅針對本發明第二實施例與本發明第一實施例中不同的部份進行說明，其餘相同的部份將被省略。於本發明第二實施例中，電路板10b之散熱層500b疊設於可撓基板100b並且散熱層500b與線路層300b分別位於可撓基板100b之相對兩側。亦即，散熱層500b疊設於可撓基板100b遠離線路層300b之一側。印刷電子元件200b所產生的熱量經由可撓基板100b而傳導至散熱層500b進行散熱。

上述實施例之散熱層500a疊設於保護層400a並且散熱層500a與線路層300a分別位於保護層400a之相對兩側，或是散熱層500b疊設於可撓基板100b並且散熱層500b與線路層300b分別位於可撓基板100b之相對兩側，但不以此為限。接下來請參閱圖3，圖3係為本發明第三實施例之電路板的側面示意圖。以下僅針對本發明第三實施例與本發明第一實施例中不同的部份進行說明，其餘相同的部份將被省略。於本發明第三實施例中，電路板10c之散熱層500c的數量為二。二散熱層500c分別疊設於保護層400c以及可撓基板100c並且散熱層500c與線路層300c分別位於保護層400c之相對兩側。換句話說，二散熱層500c分別疊設於保護層400c遠離線路層300c之一側以及可撓基板100c遠離線路層300c之一側。或是，電路板10c之最外相對兩側皆為散熱層500c。由於印刷電子元件200c所產生的熱量可經由保護層400c以及可撓基板100c兩個方向傳遞至最外兩側的散熱層500c，散熱的效果較佳。

根據上述實施例之電路板，為了解決電路板可撓化與薄型化後反而衍生電路板散熱不佳問題，配置散熱層於電路板的最外層。若散熱層之熱導率僅些微超過0.4 W/m．K且散熱層要滿足常用電子元件500mW的散熱需求，散熱層之面積需為印刷電子元件之面積的1.875倍以上。如此一來，散熱層便能夠有效地平均分散印刷電子元件工作時所產生的熱量。散熱層的設置使得這些熱量不過度集中在印刷電子元件上，進而確保可撓基板以及印刷電子元件維持在可正常運作的溫度範圍。如此一來，使用的印刷電子元件的最大功率便可達到500mW以上，即為一般使用電子元件時的最低要求標準以上，以配合電路板的各種使用情況，增加電路板的適用性。

雖然本發明以前述之諸項實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10a、10b、10c:電路板100a、100b、100c:可撓基板200a、200b、200c:印刷電子元件300a、300b、300c:線路層400a、400c:保護層500a、500b、500c:散熱層

圖1係為本發明第一實施例之電路板的側面示意圖。 圖2係為本發明第二實施例之電路板的側面示意圖。 圖3係為本發明第三實施例之電路板的側面示意圖。

10a:電路板

100a:可撓基板

200a:印刷電子元件

300a:線路層

400a:保護層

500a:散熱層

Claims (10)

1. 一種電路板，適用於印刷電子元件，該電路板包含： 一可撓基板；至少一印刷電子元件，疊設於該可撓基板；一線路層，疊設於該可撓基板，該線路層電性連接該至少一印刷電子元件，且該線路層與該至少一印刷電子元件皆位於該可撓基板之同一側；一保護層，疊設於該至少一印刷電子元件及該線路層，使該至少一印刷電子元件及該線路層位於該可撓基板與該保護層之間；以及至少一散熱層，疊設於該保護層並且該散熱層與該線路層分別位於該保護層之相對兩側，或疊設於該可撓基板並且該散熱層與該線路層分別位於該可撓基板之相對兩側；其中，該至少一印刷電子元件及該線路層皆由印刷方式所製造而成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該散熱層數量為二，且該二散熱層分別疊設於該保護層以及該可撓基板，並且該散熱層與該線路層分別位於該保護層之相對兩側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該散熱層之熱導率大於該可撓基板之熱導率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該散熱層之面積為該至少一印刷電子元件之面積的1.875倍以上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該散熱層之厚度為1微米(μm)以上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該散熱層之材料為金屬氧化物、陶瓷、石墨烯、二氧化矽、矽膠或聚合物(Polymer)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該散熱層以印刷、噴塗、淋塗、貼合、鍍膜、濺鍍、電鍍或化鍍方式疊設於該可撓基板或該保護層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該線路層材質為導電油墨。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該至少一印刷電子元件之厚度為1000微米(μm)以下。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電路板，其中該可撓基板之厚度為750微米(μm)以下。

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