TWI328666B - Anodized metal substrate module - Google Patents

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1328666 /九、發明說明： •(主張優先權） ‘ 本發明係主張2006年3月17日於韓國智慧財產局所 、 提出申請之第2006 — 25〇1〇號韓國專利申請案的優先權， '於此併入該專利申請案所揭露之内容供參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種裝設有諸如發光二極體及功率晶 豢片（power chip)的熱產生裝置之基板模組，且更詳而言阳 之，尤指一種陽極處理之金屬基板模組，該金屬基板模組 具有較佳之散熱特性，並可應用於背光單元以及面光源裝 置（surface light source device)。 【先前技術】 近年來，業已對於改進電路板之散熱特性而持續進行 了許多研究。習知技術中，業已將熱產生裝置裝設於具有 絕緣底基板之印刷電路板（printed circuit b〇ard，peg) 鲁上。然而，如果在一般的印刷電路板裝設諸如發光二極體 或功率晶片等會產生相當大熱量之裝置，便會因為該印刷 電路板不良的熱傳導特性而降低印刷電路板之可靠度。散 熱特性較差的一般印刷電路板證實會對液晶顯示哭 * z、 I 〇〇 (liquid crystal display, LCD)之背光單元或面光源裝置 (surface light source device)產生損害。 第1圖係為顯示習知印刷電路板（pCB)之剖視示意 圖。參考苐1圖’印刷電路板1〇包括由樹脂或塑膠所製成 之絕緣底基板（insulating base substrate)ll以及分別 93891 5 1328666 :·形成於該底基板Ujl和下之上與下導電㈣ |6。該上與下導電線路13、14及16可藉由例如導^ (⑽dUCtive via)而彼此電性連接。除了此電 2孔 能外，該通孔15可作為熱傳導路徑。元件17 功 如發光二極體或功率晶片）係設置於該底基板 例如’ 該導電線路13、14及16連接。 ’以和 因為低材料成本以及易於製造之故，此習知印 板ίο之價格相當便±。但是由於該印刷電路板之古妖 阻之故’該㈣電路板1Q之散熱特性差。在克服此問= 努力中’已有人提出採用具有極佳熱傳導特性之金屬構件 的金屬核心印刷電路板（metal c〇re pcB，McpcB)。第2 圖係為顯示該金屬核心印刷電路板之剖視示意圖。參考第 2圖’該金屬核心印刷電路板2G包括由_製成之ς屬核 心基板21以及形成於該金屬核心基板21上之聚合物絕緣 層23。該聚合物絕緣層23上係形成導電線路25，而該聚 合物絕緣層23上係裝設必要裝置27及2卜該金屬核心印 刷電路板20比該習知之印刷電路板（見第丨圖）展現較佳之 散熱特性。然而該金屬核心印刷電路板2〇採用高熱傳導係 數之高成本聚合物絕緣層23,如此勢必會顯著地增加該金 屬核心印刷電路板20之製造成本。 【發明内容】 業已元成本發明以解決先前技術之前述問題，因此本 發明之一態樣即在提供一種陽極處理之金屬基板模組，該 金屬基板模組具有較佳之散熱特性'能以低成本加以製 93891 6 I328666 、 -造、並且可應用於面光源裝置或具有發光二極體於宜中之 •背光單元。 、/' _ 根據本發明之一態樣，該陽極處理之金屬基板模組包 ‘ 括：金屬板；形成於該金屬板上之陽極處理之薄膜；裝設 '於該金屬板上之諸如發光二極體或功率晶片的熱產生裝 置，以及形成於該陽極處理之薄膜上的導電線路。 該金屬板可由以相當低成本能輕易取得的鋁（A1)或鋁 鲁合金所製成。或者，該金屬板可由諸如鈦及鎂之可陽極處 理之材料所製成。 根據本發明之一實施例，該熱產生裝置包括至少一發 光二極體。舉例來說，該陽極處理之金屬基板模組可具有 裝設於該金屬板上之複數個諸如發光二極體（led)之光 源，藉此用於作為面光源裝置或背光單元。該熱產生裝置 可包括諸如功率晶片之功率裝置。 鲁 根據本發明之一貫施例，該陽極處理之薄膜係形成於 =金屬板上，以選擇性暴露出該金屬板之上表面的一部 分。於此，為了更有效地從該熱產生裝置散發熱，該熱產 生裝置係裝設於該金屬板之上表面之暴露部分上。 該陽極處理之金屬基板模組可復包括形成於該金屬板 之上表面之暴露部分上的金屬層。該金屬層可為裝設該熱 產生裝置時用於銲接（soldering)之鍍層（plated ayer)或者，該金屬層可為用於裝設該熱產生裝置之金 屬錫膏（metal pasted該陽極處理之金屬基板模組可復包 括夾》又於s亥金屬層與該金屬板間之絕緣層。該絕緣層用於 93891 7 1328666 • •令裝設在該金屬層上之裝置與該金屬板保持絕緣。 .根據本發明之另-實施例，該陽極處理之薄膜係形成 於該金屬板上，以選擇性暴露該金屬板之上表面之一部 ‘分，而且該金屬板之上表面之暴露部分中係形成有至少一 •凹部，該凹部界定反射杯部（reilectlve cup)。該反射杯 部之底面上可設置有發光二極體。 是以，該基板模組係顯著地改進了散熱特性並且因而 Φ可令具Ϊ高發光效率之面光源裝置或以發光二極體為基礎 的背光單元（LED-based back 1 ight uni t)表現出高發光效 率Ο 根據本發明之另一實施例，該陽極處理之金美 組復包括一體形成於該金屬板下之散熱件（heatsinAk)，以 允許空氣接觸於較大之面積。舉例來說，該散熱件包括從 該金屬板之底側表面垂直延伸之冷卻鰭片（coolingfin)。 本發明之基板模組在散熱特性以及製造成本方面較習 麵知技術有明顯改善。該基板模組可具有複數個裝設於其上 的發光二極體（例如，複數個藍光、綠光以及紅光發光二極 组），以應用於向品質面光源或背光單元。或者，本發明之 基板模組可用於作為供裝設會產生相當大量熱量之裝置 (諸如功率晶片）的電路板模組。 【實施方式】 現在將參考附圖來詳細地說明本發明之例示性實施 例…、:而可採用终多不同的形式來實施本發明且不應限 制本發明在此所提出之實施例。倒不如說，提供這些實施 93891 8 1328666 •例可使得此揭露内$更為徹底且完整，並且將A分表達本 •發明之範圍給所屬技術領域中具有通常知識者。在圖式 中’為了清晰起見可能會誇大形狀與尺寸，並且於整個％ -明書中係使用相同元件符號來表示相同或近似之元件/ 第3(a)以及第3(b)圖係為顯示根據本發明之實施例 的陽極處理之金屬基板的示意圖，其中第3(a)圖係為剖視 圖，且第3(b)圖係為平面圖。參考第3(a)以及第3(b)圖， 鲁陽極處理之金屬基板100包括由鋁（A1)或鋁合金所製成之 金屬板101以及形成於該金屬板101上之鋁陽極處理之薄 膜103。該金屬板101上係裝設有諸如發光二極體及功率 晶片的複數個熱產生裝置106至lu。該陽極處理之薄臈 103上係形成有導電線路1〇5，用以將該熱產生裝置 至111彼此電性連接。因此，該陽極處理之薄膜1〇3用於 令該導電線路105與該金屬板ι〇1保持絕緣。諸如連接件 120之其他部件可設於該陽極處理之氧化物薄膜1〇3之一 擊°卩刀上]以電性連接至該導電線路。該導電線路1 〇 5可藉 由施加導電錫膏、沉積金屬或進行喷墨印刷（inkjet 曰 printing)所形成。 鋁係為能以相當低的成本輕易取得且熱傳導特性極佳 之金屬材料。此外，由陽極處理鋁所得的鋁陽極處理之薄 膜Ah〇3具有1〇至30W/mK之相當高的熱傳導係數。因此， 。玄陽極處理之金屬基板1 〇〇比諸如印刷電路板或金屬核心 印刷電路板之習知聚合物基板展現更佳之散熱特性。此 外，陽極處理鋁係為眾所週知之簡單製程，此製程之成本 93891 9 1328666 低且所需之製程時間短。因此，可透過非常簡單之製程來 製造本發明之基板模組。 於此實施例中’該底基板，亦即’該金屬板1 〇 1係由 链或铭合金所製成’且該陽極處理之薄膜103係由Al2〇3 所製成。但是’本發明並非侷限於此。該金屬板亦可為其 他可陽極處理之金屬所製成’例如’鈦或鎂。但是較佳地， 該金屬板主要由價格低且穩定之鋁所構成。 該陽極處理之金屬基板模組1〇〇係適合應用於液晶顯 示态之月光單元或面光源裝置。換言之，所裝設之熱產生 裝置106至ill係架構為複數個發光二極體，藉此獲得具 有極佳散熱特性之高品質面光源裝置。舉例來說，於該陽 極處理之金屬基板模組1〇〇中設置複數個紅光、綠光以及 藍光發光二極體。如此可允許該陽極處理之金屬基板模組 100用於作為背光之發白光面光源。作為面光源裝置之發 光二極體基板的其中—個問題是關於如何將由該發光二極 體所產生之大量熱量有效地逸散至外部。於此方面，本發 明的陽極處理之金屬基板模組在作為面光源或背光單元i 均非常的有用。 該陽極處理之金屬基板㈣_不但可有效地運用） 面光源，且亦可作為一般的電路基板模組。舉例來說，^ 陽極處理之金屬基板模組刚可應用於適用於裝設諸如； 率晶片或其他會產生大量熱量的積體電路裝置之電路板。 丄4圖係為顯示根據本發明之另一實施例的陽極處适 之金屬基板模組2 0 0的示意圖，其中第4 (沒）圖係為剖視

9389J 1328666 -圖’且第4(b)圖係為平面圖。於此實施例中，陽極處理之 .薄膜係形成於金屬板1〇1之選擇部分上，以便更有效地從 熱產生裝置散發熱。於此，該金屬板1〇1直接地作為熱傳 導之路彳空。 參考第4圖，陽極處理之薄膜113係形成於該金屬板 101上，以選擇性暴露該金屬板1〇1的上表面之部分。複 數個熱產生裝置106至108係裝設於該金屬板1〇1的上表 籲面之暴露部分104上。該金屬板101之熱傳導係數（數百 w/mK)係遠高於該陽極處理之薄臈113之熱傳導係數。因 此，可更有效率地將直接裝設於該暴露部分1〇4上之裝置 所產生的熱政發至外部。為了方便起見，並未在第4(b)圖 之平面圖中顯示導電線路1〇5以及該裝置1〇6至1〇8。 為了於該金屬板101上選擇性地形成該陽極處理之薄 膜113,係陽極處理該金屬板之整個上表面，以形成陽極 處j之薄膜，且然後移除該陽極處理之薄膜的選擇部分。 換言之，對金;I板之整個上表面進行陽極處理以及移除（或 蝕刻）該陽極處理之薄膜的選擇部分是依序進行的，以在金 屬板101上形成該選擇性陽極處理之薄膜113。 或者，於陽極處理期間可藉由應用適當的遮罩圖案 (mask pattern)來直接形成該選擇性陽極處理之薄膜” 113。舉例來說，係於該金屬板1〇1之上表面上形成諸如阻 劑圖案（reSlst pattern)或氧化物薄膜圖案之遮罩圖荠， 並且接著對該金屬板101進行陽極處理。如此可讓言^屬 板101之上表面之選擇部分進行陽極處理，藉此形成選擇

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II 1328666 /性暴露該金屬板101之上表面之其他部分的陽極處理之 * 膜 113 。 ’ 第5圖係為顯示根據本發明之修改實施例的第$圖之 •陽極處理之金屬基板模組。參考第5圖，陽極處理之金屬 •基板模組200’包括陽極處理之氧化物薄膜113,該陽極處 理之氧化物薄膜113係採與第4圖之模組相同的方式而形 成於局部金屬板上。於此實施例中，金屬層13〇係額外形 鲁成於該金屬板1〇1之上表面之暴露部分1〇4上。諸如發光 一極體以及功率晶片的熱產生裝置i 〇6至）〇8則裝設於該 金屬層130上。 該金屬層130可為裝設該熱產生裝置1〇6至1〇8時用 於銲接之鍍層。或者，該金屬層13〇可為用於裝設該熱產 生裝置106至108之金屬錫膏。舉例來說，金屬錫膏係形 成於該暴露部分1〇4上，並且於設置該發光二極體或該功 率晶片於該暴露部分104上之後接著進行固化。如此可有 效縮短具有極佳散熱特性之基板模組的製程時間。 第6圖係為顯示根據本發明之實施例的陽極處理之金 屬基板的局部剖視圖。如第6圖所示，於該金屬板1〇丨之 上表面之每一暴露部分1〇4上依序堆疊絕緣層14〇以及金 屬層130。換言之’該金屬層130並未直接形成於該金屬 板101上’但該絕緣層14〇係夾設於該金屬層ι3〇與該金 屬板101之間。該絕緣層14〇可由能展現相當優良熱傳導 知·性之Al2〇3所製成。該絕緣層14〇令該金屬層13〇與該金 屬板101保持絕緣。如此可令裝設於該金屬層13〇上之熱 93S91 li28666 •.產生裝置（未圖示）的底面與該金屬板1〇1保持絕緣。當該 熱產生裝置無法利用該金屬板作為共同電極時，此架構為 必要者。 第7圖係為顯示根據本發明之另一實施例的陽極處理 •之金屬基板的局部剖視圖。參考第7圖，陽極處理之薄膜 113係形成於該金屬板1(H，以選擇性暴露該金屬板ι〇ι ' 之上表面之部分。而且，該金屬板1〇1之上表面之暴露部 _分中係形成至少一凹部114，以由該凹部114定義反射杯 部。該反射杯部之底面上係可設置諸如發光二極體126之 發光裝置。該凹部114可藉由選擇性陽極處理以及钱刻所 形成。換言之，係藉由使用該選擇性陽極處理之薄膜US 作為遮罩’來對該金屬板上表面之暴露部分（第4⑷以及 第4(b)圖之104)作陽極處理。接著，係飯刻陽極處理所得 之結構’以形成該凹部114。 帛7 ®的陽極處理之金屬基板模組係可應用於具極佳 散熱特性以及高發光效率之面光源裝置或以發光二極體為 基礎的月光單疋。換言之，該反射杯部係由諸如紹之高反 射金屬所製成，使得該反射杯部内表面可提供具有高反射 !·生之反射表面124。此反射杯部可將發光二極體發出的光 f預定的離開方向（exit directl()n)中予以有效地反射， 藉此更加地改進了發光效率。而且，由諸如紹之金屬材料 所製成的基板本身確保了極佳之熱傳導特性。 第8圖係為顯示根據本發明之再另一實施例的陽極處 理之金屬基板模組的示意圖。參考第8圖，陽極處理之金 93891 13 1328666 屬基板模組300包括作為下層結構之金屬板1〇2，該金屬 板10 2係有助於更有效率地散熱。換言之，散熱裝置係一 體形成於該金屬板102下，以允許空氣接觸於較大之面 積。如此可產生額外的冷卻效果。具體而言，冷卻鰭片係 從該金屬板102之底側表面垂直延伸。 如上所述，該冷卻鰭片係一體形成於該金屬板1〇2 下。如此可減少接合個別冷卻鰭片至該印刷電路板或金屬 核心印刷電路板的下側表面之習知累贅製程。而且，一體 形成的冷卻鰭片（廣義來說為整個散熱件）可杜絕諸如散熱 件與基板間之接合所引起的接合材料劣化等可靠度的問 題。 範例

為了比較以及確認印刷電路板或金屬核心印刷電路法 與本發明的陽極處理之金屬基板模組間之熱傳導特性，每 明人運用電職擬進行了測驗。對於這些模擬測驗而言， 係根據比較例1、比較例2 '以及本發明範例來設定樣°本 比較例1係為如第i圖中所架構之以習知樹脂（F r 4)為基^ 的印刷電路板（PCB)。比較例2係為使用純心之金屬核< =刷電路板⑽⑻（參考第2圖）。如第3圖所示，本發甲 為具有「銘板/|§陽極處理之薄膜」之堆疊結 =理之金屬基板模組。於比較例2中，該金屬核心印刷 板包括具有熱傳導係數約h 3 w/mK之習知聚合物絕緣 層说相對於此，該㈣極處理之薄❹有蕭d 之熱傳導係數。 lV/mK 9389) 14 1328666 / 第9至第11圖顯示關於三個樣本（比較例1、比較例 • 2、以及本發明範例）之熱阻（heat resistance)的模擬結 果。第9以及第1 〇圖係分別顯示比較例1以及2之熱阻的 模擬結果。第11圖則顯示本發明範例之熱阻的模擬結果。 • 參考第9至第11圖，在最上層之一小部分代表熱產生裝 置。最下層對應於基底板（第11圖中之鋁板）。中間層則代 表聚合物（第9以及第10圖）或鋁陽極處理之氧化物薄膜 馨（第11圖）。 於第9至第11圖中，相同的顏色表示相同的溫度。根 據模擬結果，比較例1中之熱阻係數係測定（plot)於 Π. 9 ’而比較例2中之熱阻係數則測定於12· 171。同時， 本發明範例之熱阻係數係僅測定於1 〇. 6。於此，該熱阻係 數代表溫度最高的熱產生裝置與溫度最低的基板之底面間 之溫差。有關熱阻的這些模擬結果係確認本發明之基板模 1且確實比先前技術具有更佳之散熱特性。 ® 如前所述，根據本發明之例示性實施例，係應用金屬 板/陽極處理之薄膜的堆疊結構，藉此明顯改進散熱特性、 降低製造成本以及簡化製程。採用此陽極處理之金屬基板 杈組可更輕易地裝設具有極佳之散熱特性的面光源、背光 單元或其他熱產生裝置之電路板。 雖然業已結合較佳實施例來顯示及說明本發明，但顯 而易見的疋，所屬技術領域中具有通常知識者可在不脫離 如所附申請專利範圍所定義的本發明之範嘴與精神下進行 修改及變化。 93891 1328666 【圖式簡單說明】 從下列詳細說明配合所附圖式將使本發明之上述及其 他目的、特徵與其他優點更為清楚易懂，其中· 第1圖係為顯示習知印刷電路板（PC]B)之概略剖視圖； 第2圖係為顯示習知金屬核心印刷電路板（mcpcb)之 剖視示意圖； 第3(a)以及第3(b)圖係為顯示根據本發明之實施例 的陽極處理之金屬基板模組的示意圖； 第4(a)以及弟4 (b)圖係為顯示根據本發明之另一實 施例的陽極處理之金屬基板模組的示意圖； 、 第5圖係為顯示根據本發明之修改實施例的陽極處理 之金屬基板模組的示意圖； 第6圖仏為顯不根據本發明之再另一實施例的陽極處 理之，屬基板模組的局部剖視圖； 搜夕2圖仏為顯不根據本發明之又另—實施例的陽極處 理之金屬基板的局部剖視圖； 理:= k為顯不根據本發明之再另—實施例的陽極處 理之金屬基板模組的剖視圖； 筮^係為顯不比較例丨之熱阻的模擬結果之示意圖； 圖；以及圖係為顯示比較例2之熱阻的模擬結果之示意 第11圖顯示本發明範例 【主要元件符號說明】 10 印刷電路板 之熱阻的模擬結杲。 11 底基板 93891 丄 106 、 107 、 108 、 109 、 110 、 111 :’13、14、16導電線路 * 17、18元件 21 金屬核心基板 25 導電線路 100 、 200 、 200， 、 300 101 金屬板 104 暴露部分 120 連接件 140 絕緣層 124 反射表面 15 盲孔 20 金屬核心印刷電路板 23 聚合物絕緣層 27、28 必要裝置 金屬基板模組（金屬基板） 103、113 陽極處理之薄膜 105 導電線路 熱產生裝置 130 金屬層 114 凹部 126 發光二極體

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Claims (1)

1)28666 4. 5. 第96108709號專利申請索 (98年12月29日） f (1 申請專利範圍·· fit#3 種陽極處理之金屬基板模組，包括 金屬板 陽極處理之薄膜，其係形成於該金屬板上，以選擇 性暴露該金屬板之上表面之一部分； 金屬板’其係形成於該金屬板之該上表面之該暴露 部分上； ' 絕緣層，其係夾設於該金屬層與該金屬板間； 熱產生裝置，其係裝設於該金屬層上；以及 導電線路，其係形成於該陽極處理之薄膜上。 如申請專利範圍第1項之陽極處理之金屬基板模組，其 中，該金屬板包括鋁（A1)或鋁合金。 如申請專利範圍第W之陽極處理之金屬基板模組，其 中，該熱產生裝置包括至少一個發光二極體。 如申'專利範圍第1項之陽極處理之金屬基板模組，其 2該陽極處理之金屬基板模組係用於面光源裝置或背 光單元。 2請專·圍第i項之陽極處歡金屬基板模組，復 =體形成於該金屬板下之散熱件，以允許空氣 於較大之面積。 申明專利範圍第5項之陽極處理之金屬基板模組，其 ，該散熱件包括從該金屬板的底側表面垂直延伸之冷 卻片。 一種陽極處理之金屬基板模組，包括： 93891修正版 18 6. 1^8666 丨 / 第96108709號專利申請案 (98年12月29日） • 至屬板，其係具有至少一個凹部，該凹部具有在該 金屬板之表面上的反射杯部； 陽極處理之薄膜，其係形成於該金屬板上，以選擇 杜暴露該金屬板之該上表面之凹部部分； 熱產生裝置，其係安裝在該反射杯部之底面上；以及 導電線路，其係形成在該陽極處理之薄膜上。 8. 如申請專利範圍第7項之陽極處理之金屬基板模組，其 > 中，該金屬板包括鋁（A1)或鋁合金。 9. 如申請專利範圍苐7項之陽極處理之金屬基板模組，其 中，該熱處理裝置包括至少一個發光二極體。 10. 如申請專利範圍第7項之陽極處理之金屬基板模組，其 中，該陽極處理之金屬基板模組係用於面光源裝置或背 光單元。 11. 如申請專利範圍第7項之陽極處理之金屬基板模組，復 i括形成在該金屬板之該上表面之該暴露部分上之金 屬層。 12. 如申請專利範圍第u項之陽極處理之金屬基板模組， 復包括夹設於該金屬層和該金屬板間之絕緣層。 13. 如申味專利範圍弟7項之陽極處理之金屬基板模組，復 c括體形成於該金屬板下之散熱件，以允許空氣接觸 於較大之面積。 14. 如申請專利範圍第13項之陽極處理之金屬基板模組， 其中該散熱件包括從該金屬板之底側表面垂直延伸之 冷卻鰭片。 93891修正版 19