TWI404469B - 用於光學裝置之金屬基電路基板及該基板之製法 - Google Patents
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Description
本發明係關於用於光學裝置之金屬基電路基板及製造前述基板之方法。更特別地，本發明關於適合LED模組或相似光學裝置相關之用途且有效反射由前述基板產生之光及熱之金屬基電路基板。本發明亦關於製造具有前述性質之基板之有效方法。
在電子裝置之整合度、密度及操作頻率之成長之增加刺激針對能透過輻射有效移除這類裝置在操作時產生之熱之電路基板發展的研究。對有效之輻射，解決一些問題為必須的，如減少製造電路基板之材料中之熱阻抗，減少電路基板及絕緣物之材料間之熱阻抗，以及減少絕緣物及電極之材料間之熱阻抗。例如，已提出藉在高熱傳導性金屬（如銅或鋁）製造之基礎基板表面上形成含有高熱傳導性填料之熱塑性或熱固性絕緣層，之後在絕緣層上由金屬箔藉熱壓形成電路元件以解決上面之問題（見日本特許公開專利申請公開案(Kokai)（此後稱為「Kokai」）Hei 7－320538、Kokai Hei 8－264912、Kokai 2002－322372及Kokai 2003－229508）。另一方面，為了改良電路基板之應力－鬆弛性質，提出產生具有透過具有一些橡膠組合物及樹脂組合物次層之層合結構之絕緣層將電路元件應用在金屬基基板上之金屬基基板（見Kokai Hei 11－150345）。
然而，前述形式之金屬基電路基板仍不適合相關光學裝置（如LED模組）之用途，因為支撐這些模組之基板應能有效反射LED產生之光並透過輻射移除熱。
本發明之目標為提供金屬基電路基板，其適合相關光學裝置（如LED模組）之用途且能有效反射光並透過輻射移除LED產生之熱。另一目標為提供有效地製造上述金屬基電路基板之方法。
一種根據本發明製造之用於光學裝置之金屬基電路基板包括透過絕緣層支撐電路之鋁或鋁合金金屬基基板，其中絕緣層由透明交聯聚矽氧主體形成，且電路直接在絕緣層上形成。
製造用於光學裝置之金屬基電路基板之本發明方法包括步驟：a)在鋁或鋁合金製造之金屬基基板表面上塗佈可交聯聚矽氧，b)交聯聚矽氧，藉以由透明交聯聚矽氧主體形成絕緣層，及之後c)藉由(i)以電解或非電解電鍍之後蝕刻形成導電層，或(ii)以導電油墨印刷直接在該絕緣層上形成電路。
發明效益
支撐光學裝置之本發明金屬基電路基板能有效反射光並透過輻射移除前述光學裝置（如LED模組）在裝置操作時產生之熱。本發明亦允許有效製造前述金屬基電路基板。
首先，提出對支撐光學裝置之本發明金屬基電路基板之更詳細解釋。
用於本發明電路基板之金屬基基板由鋁或鋁合金製造。這些材料因其極佳之機械加工性能、低成本及低重量之故最適合行動裝置之電路基板。此外，因為鋁在紫外光至可見光之範圍內具有高光反射率，其可提供高外輻射（甚至在凹面鏡之情況下）。因此，鋁不僅適合用於透鏡形式LED模組且適合用於特徵為高發光強度之反射形式LED模組。鋁在關於光譜之紫外光範圍內亦具有高反射率。因此，鋁基基板亦適合用於應用紫外線光散射元件之相關透鏡形式LED模組或反射形式紫外線LED模組。關於金屬基基板之厚度沒有限制，但建議其厚度為0.15至5.0 mm，以0.5至3.0 mm較佳。
本發明電路基板之絕緣層由透明交聯聚矽氧組成。適合形成絕緣層之可交聯聚矽氧可由因加成反應、縮合反應或在紫外線輻射效應下交聯之聚矽氧做代表。因為這類聚矽氧可形成高硬度之交聯聚矽氧主體，其可用於形成可交聯樹脂。這樣之可交聯樹脂可由結合矽含氫原子之倍半氧矽烷(silsesquioxane)、由雙官能性矽氧烷單元或三官能性矽氧烷單元組成之DT形式聚矽氧樹脂作為範例。為改良對金屬基基板之黏著性質及黏著性，可交聯矽氧烷可結合偶合劑，如矽烷偶合劑、鈦偶合劑等。
關於通過構成絕緣層之交聯聚矽氧主體之光穿透率沒有特別限制，但是此一主體在整個厚度為透明的。然而建議在紫外光至可見光之光譜範圍內（如在380 nm之波長下），通過交聯聚矽氧主體之光穿透率不小於80%，以不小於90%較佳。在此條件下，本發明之電路基板變得適合與LED模組使用，因為LED放射之光將有效地由金屬基電路基板反射。此外，關於交聯聚矽氧主體之介電常數沒有特別限制，但因為隨電子裝置操作頻率之增加其變得更不易延遲信號，建議介電常數不超過4.0，以不超過3.5較佳，而以不超過3.0更佳。關於交聯聚矽氧主體之硬度亦沒有限制，但通常鉛筆硬度應不小於2H（詳細說明在JISK5600－5－4：1999「顏料之測試方法－摩擦硬度（Testing Methods for Paints－Scratching Hardness（鉛筆硬度法））」。
關於絕緣層之厚度沒有特別限制。然而，為了同時提供滿意之絕緣性質及滿意之熱輻射性質，厚度應不超過10 μm且應在1至5 μm之間較佳。若絕緣層太薄，其將不易改良電路元件之黏著性。另一方面，若絕緣層太厚，將損害電路基板之輻射性質。
本發明電路基板之一顯著之特徵為電路直接在絕緣層上形成。這樣之方法使減少電路元件及絕緣層間之熱阻抗成為可行的。電路藉由如以電解或非電解電鍍隨後蝕刻在絕緣層表面上形成導電層或藉由在絕緣層上使用導電油墨印刷導電元件直接在絕緣層上形成。
若需要，為了免於腐蝕及改良電路板之抗濕氣性質，電路元件可塗佈另一透明絕緣層。關於此絕緣層之厚度沒有特別限制。此層可為交聯、非交聯、有彈性的或堅硬的。關於製造此絕緣層之材料亦沒有特別限制。例如，此層可由與首先提及之絕緣層相同之可交聯聚矽氧製造。此外，為了免於腐蝕及損壞，不具絕緣層之電路基板側可塗佈保護膜。若需要，保護膜在必要時可移除。
下面為製造支撐光學裝置之本發明金屬基電路基板之方法之更詳細敘述。
根據此方法，由鋁或鋁合金製造之金屬基基板之表面首先塗佈可交聯聚矽氧。可交聯聚矽氧可為那些上面提及者之一。關於聚矽氧塗佈之步驟沒有特別限制，且技藝界習知之任何適當方法可用於此操作中。例如，旋轉塗佈可用於得到具有均一厚度之塗佈膜。
在下一步驟中，交聯塗佈層以形成構成絕緣層之透明交聯聚矽氧主體。關於交聯步驟沒有特別限制，但在以熱交聯之情況中，建議加工溫度在150℃至250℃之範圍內。
如上面所提及的，電路元件可直接在絕緣層上藉(i)電解或非電解電鍍隨後蝕刻，或(ii)在絕緣層上使用導電油墨印刷導電元件形成。
方法(i)可藉電解、非電解、真空或熔融電鍍進行。以非電解電鍍較佳且其可藉直接在絕緣層上形成一層銀、銅或其他導電材料進行，或藉由非電解電鍍首先形成底層，在前述底層上藉電鍍形成銀或銅等之導電層，之後以已知之方法（如蝕刻）產生圖案進行。
方法(ii)藉刻板、網服或篩網印刷，或藉影像轉移法，或噴墨噴形成導電元件。這樣之方法亦讓印刷元件直接在絕緣層上形成。
如上面所提及的，為了免於腐蝕或損壞，電路元件以及沒有前述絕緣層之金屬基基板表面可塗佈保護膜。關於製造保護膜之材料沒有特別限制。例如可由如上所述之相同交聯聚矽氧製造。
實例
支撐光學元件之本發明金屬基電路基板及製造這樣基板之方法將參照實際及比較實例進一步詳細敘述。用於評價支撐光學元件之本發明電路基板之標準敘述於下面。
[鉛筆硬度]可交聯聚矽氧藉在隨後實際實例中敘述之方法塗佈在鋁基板上，塗佈層在適當條件下交聯形成交聯聚矽氧之透明主體，之後得到交聯層之鉛筆硬度根據JIS K 5600－5－4：1999「顏料之測試法－摩擦硬度（鉛筆硬度法）」測量。
[熱傳導率]大小為10 mm乘10 mm之樣品由實際及比較實例中產生之金屬基電路基板切下，且之後使用導電油脂（SC102，道康寧東麗矽利康有限公司(Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.)之商品名）以樹脂熱阻抗測試器（日立有限公司(Hitachi Seisakusho Co., Ltd.)之產品）測量熱阻抗。金屬基電路基板之熱純導率以前述導電油脂由前述測試器測得之熱阻抗之修正值為基礎測定。
[介電常數，絕緣崩潰強度]鋁基板以如實際實例中之相同方法以可交聯聚矽氧塗佈，聚矽氧透明主體藉在適當條件下交聯塗層材料製造。交聯塗層之介電常數在1 MHz之下測量。交聯塗層之絕緣崩潰強度藉由測量絕緣崩潰電壓測定。
[光穿透率]透明玻璃板以實際實例中產生之可交聯聚矽氧塗佈，且之後聚矽氧透明主體藉在適當條件下交聯塗層材料製造。通過交聯聚矽氧塗層之光穿透率以分光光度計（在380 nm波長下）測量。
[反射係數]金屬基電路基板以光（波長在280 至800 nm之範圍內）照亮，並使用分光反射計測量最初反射係數。在基板在150℃下熱處理1000小時老化之後進行相同之測量。
[發光效率]擬白光LED裝置在金屬基電路基板上，並在270至800 nm之波長下測量最初反射係數。在支撐LED基板在150℃下熱處理1000小時老化後在270至800 nm之波長下進行相同之測量。
[實際實例1]顯示在圖1之金屬基電路基板如下面所述製造。
可交聯聚矽氧樹脂溶液（道康寧東麗矽利康有限公司之商品名AY42－170）逐滴地塗佈在3 mm厚、100 mm長及100 mm寬之鋁基板上，且之後塗層以旋轉塗佈溶液（最初旋轉頻率：500 rpm，主要旋轉頻率：2000 rpm）產生。將塗佈之單元在熱空氣循環烘箱中150℃下熱處理30分鐘。結果，絕緣層1在鋁基板上以交聯聚矽氧透明主體之形式形成。
製備在硝酸銀之氨水溶液中之銀錯合物，且之後將鋁基板經過使用10%酒石酸鈉鉀溶液作為還原溶液之非電解電鍍。得到在鋁基板上之鍍銀層以氯化鐵水溶液蝕刻，藉以形成5 μm厚之銀電路元件。測量得到鋁基電路基板之特徵。測量結果列在表1中。
[實際實例2]顯示在圖1之金屬基電路基板如下面所述製造。
可交聯結合矽含氫原子倍半氧矽烷樹脂溶液（道康寧公司(DoW Corning Corp.)之商品名FOx）逐滴地塗佈在3 mm厚、100 mm長及100 mm寬之鋁基板上，且之後塗層以旋轉塗佈溶液（旋轉頻率：2000 rpm）產生。將塗佈之單元在熱空氣循環烘箱中250℃下熱處理30分鐘。結果，絕緣層1在鋁基板上以交聯聚矽氧透明主體之形式形成。
熱可交聯聚矽氧形式之導電黏著劑（有銀填料）以模板印刷塗佈在鋁基板之絕緣層1上以形成所需之線路圖案。之後塗佈層在熱空氣循環烘箱中150℃下熱處理30分鐘硬化。電路元件為10 μm厚。
測量得到鋁基電路基板之特徵。測量結果列在表1中。
[實際實例3]顯示在圖2之金屬基電路基板如下面所述製造。
可交聯聚矽氧樹脂溶液（道康寧東麗矽利康有限公司之商品名SR2510）逐滴地塗佈在3 mm厚、100 mm長及100 mm寬之鋁基板上，且之後塗層以旋轉塗佈溶液（旋轉頻率：1500 rpm）產生。將塗佈之單元在熱空氣循環烘箱中150℃下熱處理30分鐘。結果，絕緣層1在鋁基板上以交聯聚矽氧透明主體之形式形成。
製備在硝酸銀之氨水溶液中之銀錯合物，且之後將鋁基板經過使用10%酒石酸鈉鉀溶液作為還原溶液之非電解電鍍。得到在鋁基板上之鍍銀層以氯化鐵水溶液蝕刻，藉以形成5 μm厚之銀電路元件。絕緣層1及銀電路元件以可交聯聚矽氧樹脂溶液（道康寧東麗矽利康有限公司之商品名AY42－170）塗佈，且將塗佈之單元在熱空氣循環烘箱中150℃下熱處理30分鐘。結果，絕緣層2在鋁基板上以交聯聚矽氧透明主體之形式形成。
[比較實例1]如下面所述製造金屬基電路基板。
具有輻射性質之含氧化鋁絕緣聚矽氧形式黏著劑（道康寧東麗有限公司之商品名SE4450）塗佈在3 mm厚、100 mm長及100 mm寬之鋁基板上。將35 μm厚之銅箔應用在黏著層上，且之後該單元在烘箱中150℃下熱處理1小時，藉以透過黏著將銅箔貼上。
銅箔以氯化鐵水溶液蝕刻，藉以形成35μm厚之銅電路元件。測量得到鋁基電路基板之特徵。測量結果列在表1中。具有輻射性質之含氧化鋁絕緣聚矽氧形式黏著劑為灰色的，且反射指數極低。
[比較實例2]如下面所述製造金屬基電路基板。
丙二酚－A形式樹脂組合物藉混合100份重量之艾皮寇特(Epikote)828（日本環氧樹脂有限公司(Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)之產品）、30份重量之艾皮庫爾(Epikure)113（日本環氧樹脂有限公司之產品）及微量之氧化矽製備。
製備之環氧樹脂組合物塗佈在鋁基板上，且之後將35 μm厚之銅箔應用在塗層上。將該單元在180℃下熱處理1小時，藉以透過黏著將銅箔貼上。
在鋁基板上之銅箔以氯化鐵水溶液蝕刻，藉以形成35 μm厚之銅電路元件。測量得到鋁基電路基板之特徵。測量結果列在表1中。將得到之鋁基電路基板經過明顯損害基板之絕緣性質及電路元件之導電性質之高溫老化。
工業上之應用性
因為用於光學裝置相關之本發明金屬基電路基板包括鋁或鋁合金之金屬基基板及透明交聯聚矽氧主體之絕緣層，該基板之特徵為極佳之輻射性質及改良光產生元件發射光之發光效率。以上面之觀點，本發明基板適合用作LED模組之金屬基電路基板。
1．．．金屬基基板
2．．．絕緣層1
3．．．電路
4．．．絕緣層2
圖1為用於相關光學裝置之本發明金屬基電路基板之剖面圖。
圖2為根據本發明另一具體實施例之用於相關光學裝置之金屬基電路基板之剖面圖。
1．．．金屬基基板
2．．．絕緣層1
3．．．電路
Claims (3)
- 一種用於光學裝置之金屬基電路基板，其包括由透過絕緣層支撐電路之鋁或鋁合金製造之金屬基基板，其中該絕緣層由厚度不超過10 μm、在380 nm之波長下光穿透率不小於80%且介電常數不超過4.0之透明交聯聚矽氧主體形成，且該電路直接在該絕緣層上形成。
- 如請求項1之用於光學裝置之金屬基電路基板，其中該電路藉由蝕刻由電解或非電解電鍍在該絕緣層中形成之導電層形成，或藉由使用導電油墨在該絕緣層上印刷該電路形成。
- 一種製造用於光學裝置之金屬基電路基板之方法，其包括步驟：a)在鋁或鋁合金製造之金屬基板之表面上塗佈可交聯聚矽氧，b)交聯該聚矽氧，藉以由在380 nm之波長下光穿透率不小於80%且介電常數不超過4.0之透明交聯聚矽氧主體形成厚度不超過10 μm之絕緣層，及之後c)藉由(i)以電解或非電解電鍍隨後蝕刻形成導電層，或(ii)以導電油墨印刷直接在該絕緣層上形成電路。
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