TWI441574B - 金屬基底電路基板 - Google Patents

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Taiki Nishi
Takeshi Miyakawa
Kiyokazu Yamazaki
Takashi Saiki
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Denki Kagaku Kogyo Kk
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Description

金屬基底電路基板
本發明係關於使用於液晶顯示裝置等之要求散熱性及薄型化的領域之金屬基底電路基板，該液晶顯示裝置係使用LED(Light-emitting diode；發光二極體)作為光源。
作為液晶背光之光源，可列舉CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp；冷陰極螢光燈)或LED。
CCFL具有容易使用及長壽命的優點，LED具有顏色再現性優良、高亮度且薄型，因不使用水銀的緣故，相較於CCFL，具有環境負載低且耐振動及耐衝擊強，且可在廣範圍之溫度區域內(-40℃~85℃)使用，更依使用環境而具有5萬小時之壽命的優點。
LED之發光效率比CCFL低，所以，在類似液晶背光內部的密閉空間中，LED附近之溫度具有比CCFL增高的傾向。在此種條件下，因亮度會降低，而需要昇高電流值，所以招致發熱增加，更使得溫度上昇。
因此，隨著LED之溫度上昇，會促進半導體元件之劣化，從而造成LED的壽命縮短。因此，在裝設LED之印刷電路板上，要求有散熱性。
作為裝設LED之印刷電路板的散熱方法，具有在印刷電路板上透過熱傳導性材料而使熱量逃出框體的方法(參照專利文獻1)。但是，此方法較難在單體之印刷電路板上朝框體散熱，而需要有副構件，從而造成成本增高，故而並不理想。
作為其他之散熱方法，具有從印刷電路板之兼有電路圖案的散熱部分，透過散熱孔而從背面之散熱圖案使熱量逃出框體的構造(參照專利文獻2)。但卻有基板之構成複雜的問題。
[專利文獻1]日本特開2002-353388號公報
[專利文獻2]日本特開2007-12856號公報
本發明中，其課題在於，在LED背光用之基板中，藉由不使用副構件或散熱孔仍能具有良好之散熱特性及抑制彎曲量，以改善印刷電路板之電路形成時及LED裝設時的作業性。
亦即，根據本發明，提供一種金屬基底電路基板，其包含有：絕緣層，其線膨脹係數為60ppm/℃以上、120ppm/℃以下；金屬箔，係由金屬材料所形成，且設於絕緣層之一面，線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下；電路部分及非電路部分，其形成於絕緣層之另一面，線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下；及白色膜，其形成於絕緣層、電路部分及非電路部分上，絕緣層上之電路部分與非電路部分的總面積，相對於金屬箔之面積為50%以上、95%以下，且各素材之線膨脹係數的關係為：絕緣層之線膨脹係數>金屬箔之線膨脹係數>電路部分及非電路部分之線膨脹係數。
另外，本發明之一個態樣中，提供一種金屬基底電路基板，其中上述絕緣層係由環氧樹脂、硬化劑及無機充填物形成，相對於絕緣層之總體積，無機充填物含有40體積%以上、70體積%以下。
另外，本發明之一個態樣中，提供一種金屬基底電路基板，其中上述硬化劑含有具備羥基及胺基之一方或雙方的物質。
另外，本發明之一個態樣中，提供一種金屬基底電路基板，其中上述白色膜含有二氧化鈦作為白色顏料，二氧化鈦係金紅石型且表面由氫氧化鋁或二氧化矽所被覆。
根據本發明，在LED背光用之基板中，即使不使用副構件或散熱孔，仍能具有良好之散熱特性，所以，可延長LED的壽命，且抑制彎曲量，藉此，可改善印刷電路板之電路形成時及LED裝設時的作業性。
以下，參照圖面說明本發明之一實施形態的金屬基底電路基板。
第1圖為採用本發明之一實施形態的金屬基底電路基板之混合積體電路模組的模式示意圖，為顯示金屬基底電路基板之剖視圖。
如第1圖所示，本實施形態之金屬基底電路基板，具備：金屬箔1；絕緣層2；形成於絕緣層2上之未設有金屬箔1的面上之電路部分3；形成於絕緣層2上之未設有金屬箔1的面上之非電路部分4；及形成於絕緣層2與電路部分3及非電路部分4上之白色膜5。
如第1圖所示，藉由透過銲接部6將LED封裝體7搭載於電路部分3上，以形成混合積體電路模組。
本實施形態之金屬基底電路基板，其特徵為具有：絕緣層，其線膨脹係數為60ppm/℃以上、120ppm/℃以下；金屬箔，係由金屬材料所形成，且設於絕緣層之一面，線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下；電路部分及非電路部分，其形成於絕緣層之另一面，線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下；及白色膜，其形成於絕緣層、電路部分及非電路部分上。
另外，絕緣層上之電路部分與非電路部分的總面積，相對於金屬箔之面積為50%以上、95%以下。而且各素材之線膨脹係數的關係為：絕緣層之線膨脹係數>金屬箔之線膨脹係數>電路部分及非電路部分之線膨脹係數。
[電路部分及非電路部分]
本發明中，電路部分及非電路部分係由設於絕緣層上之相同導電材料(導體金屬)所構成，電路部分意味著為了驅動電子．電氣元件而流動有電流之電路部分。另外，本發明中，非電路部分意味著不利用於電氣方面的導電材料(導體金屬)。
本實施形態之金屬基底電路基板中，絕緣層2上之非電路部分4與電路部分3的加總面積，為50%以上、95%以下。
若該總面積為50%以上，則可抑制金屬基底電路基板之彎曲，可容易進行以LED為主之電子零件的裝設。另外，若該總面積為95%以下，則可充分確保電路部分及非電路部分間之空間，可確保電氣可靠度。
本實施形態之金屬基底電路基板中，電路部分3及非電路部分4之線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下。
可用作為電路部分3及非電路部分4之導體材料，可適宜選擇具有上述線膨脹係數之導體材料，具體而言，具有Ni、Cu、Al、Fe、si、不鏽鋼單體及該等之合金。
其中考慮到散熱性，又以Cu、Al或Cu與Al之合金為較佳。
本實施形態之金屬基底電路基板中，電路部分3及非電路部分4之厚度，係以18μm以上、70μm以下為較佳。
當電路部分3及非電路部分4之厚度為18μm以下時，會有因製造金屬基底電路基板時之手動操作而容易產生皺紋等的問題。另外，當電路部分3及非電路部分4之厚度為70μm時，會在電路部分及非電路部分之圖案製作時產生問題。
[金屬箔]
本實施形態之金屬基底電路基板中，構成金屬箔1之金屬材料的線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下。
可用作為金屬箔之金屬，可適宜選擇具有上述線膨脹係數之金屬，具體而言，具有Ni、Cu、Al、si、Fe、不鏽鋼單體及該等之合金。
其中考慮到散熱性，又以Cu、Al或Cu與Al之合金為較佳。
本實施形態之金屬基底電路基板中，金屬箔1之厚度，係以150μm以上、300μm以下為較佳。
當金屬箔1之厚度為150μm以上時，可抑制因製造金屬基底電路基板時之手動操操而被折彎等的問題，從液晶顯示裝置之薄型化的觀點考慮，以300μm以下為較佳。
[絕緣層]
本實施形態之金屬基底電路基板中，絕緣層2之線膨脹係數為60ppm/℃以上、120ppm/℃以下。
可用作為絕緣層之素材，可適宜選擇具有上述線膨脹係數之絕緣材，具體而言，可列舉環氧樹脂、矽酮樹脂及該等之共聚物。
在其等之中，從耐熱性及與金屬之黏著性的理由考慮，尤其以環氧樹脂為較佳。
亦可於此等樹脂中適宜地含有硬化劑、無機填料，更且可含有添加劑，以提高對基底之沾濕性或等級性及促進黏度之降低，減低形成時之缺陷的產生。
作為此添加劑，例如有泡沫消除劑、表面調整劑及濕潤分散劑等。
本實施形態之金屬基底電路基板中，絕緣層2之厚度，係以80μm以上、180μm以下為較佳。
當絕緣層2之厚度為80μm以上時，可容易確保絕緣性，當為180μm以下時，可容易且均勻地形成絕緣層。
用於絕緣層2之環氧樹脂，可採用公知之環氧樹脂，例如，可列舉雙酚A二縮水甘油醚、雙酚F二縮水甘油醚、雙酚S二縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚、六氫-雙酚A二環氧甘油醚、聚丙二醇醚、新戊二醇二縮水甘油醚、磷苯二甲酸二縮水甘油酯、二聚酸二縮水甘油酯、三縮水甘油基異氰酸酯、四縮水甘油基二胺基二苯基甲烷、四縮水甘油基二胺基間二甲苯、酚醛多縮水甘油醚、四溴雙酚A二縮水甘油醚、雙酚六氟丙酮基縮水甘油醚等之含有環氧基的物質。
在其等之中，從耐熱性及與金屬之黏著性的理由考慮，尤其以雙酚A二縮水甘油醚、雙酚F二縮水甘油醚為較佳。
環氧樹脂中之氯化物離子濃度，係以1000ppm以下為較佳，尤其以500ppm以下為更佳。
當環氧樹脂組成物中之氯化物離子濃度偏高時，則在高溫、高濕、直流乃至交流電壓下，會引起離子性雜質的移動，因而會有電絕緣性下降的傾向。
作為環氧樹脂之硬化劑，以具有與環氧基反應之氫氧基或胺基的一方或雙方的物質為較佳。例如，具有作為該環氧樹脂之硬化劑的聚胺、多酚。
在使用環氧樹脂之硬化劑，尤其是使用含有氫氧基之物質的情況，還可使用硬化促進劑。
作為硬化促進劑，以咪唑類為較佳。例如，以2-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七基咪唑、2-二甲基咪唑、2-甲基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苯甲基-2-甲基咪唑、1-苯甲基-2-苯基咪唑、2,3-二氫-1H-吡咯並[1,2-a]苯並咪唑、2-苯基-4,5-二羥基甲基咪唑、2,4-二氨基-6-{2’-甲基咪唑-(1’)}-乙基-s-三、2,4-二胺基-6-{2’-十一烷基咪唑-(1’)}-乙基-s-三、1-氰甲基-2-甲基咪唑等為較佳。
在其等之中，從提高耐濕可靠度及Tg(玻璃轉移溫度)的理由考慮，尤其以2,3-二氫-1H-吡咯並[1,2-a]苯並咪唑為較佳。
硬化促進劑之添加量，係以0.005份以上、5份以下為較佳。
當硬化促進劑之添加量為5份以下時，則操作時間增長，可抑制因黏度增加所造成的作業性的下降，當為0.005份以上時，則硬化時之高溫加熱時間變短，從成本及作業性之觀點考慮而較為理想。
作為含於絕緣層2內之無機填料，以電絕緣性且熱傳導性優良者為較佳，例如，具有二氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、氮化硼、氮化硼、氧化鎂。在其等之中，從電絕緣性及熱傳導性的觀點考慮，尤其以二氧化矽、氧化鋁、氮化鋁為較佳。
無機填料中之鈉離子濃度，係以500ppm以下為較佳，尤其以100ppm以下為更佳。
當無機填料中之鈉離子濃度為500ppm以下時，則在高溫、高濕、直流乃至交流電壓下，不容易引起離子性雜質的移動，可抑制電絕緣性下降。
含於絕緣層2內之無機填料的含有率，係相對於絕緣層之總體積，以無機填料為40體積%以上、70體積%以下為較佳。
當無機填料的含有率為40體積%以上時，則可獲得充分的熱傳導率，當為70體積%以下時，則在絕緣層2之形成時，不容易產生缺陷，不會損害到耐電壓、密接性。
另外，為了避免因無機填料而造成黏度增加，更以混合二種以上之粒徑相異的無機填料為較佳。
絕緣層2之硬化後的熱傳導率，係以1W/m．K以上為較佳，尤其以2W/m．K以上為更佳。
當硬化後的熱傳導率為1W/m．K以上時，可效率良好地將從電子零件產生之熱散熱至金屬基底電路基板背面側，又，藉由對外部進行散熱，可減低電子零件之蓄熱，進而可減小電子零件之溫度上昇，可提供長壽命之混合積體電路模組。
又，為了確保裝設LED等之電子零件後對電路部分施加電壓時的絕緣性，絕緣層2之破壞電壓係以1.8Kv以上為較佳，更以2kV以上為特佳。
本實施形態之金屬基底電路基板中，構成金屬箔之金屬材料的線膨脹係數、絕緣層之線膨脹係數、以及電路部分及非電路部分之線膨脹係數的關係係以下述關係為較佳：絕緣層之線膨脹係數>金屬箔之線膨脹係數>電路部分及非電路部分之線膨脹係數。
以構成金屬箔之金屬材料的線膨脹係數比電路部分及非電路部分之線膨脹係數還大為較佳，是為了減小不欲產生彎曲的電路部分的線膨脹係數，以抑制在絕緣層上形成電路部分及非電路部分時的彎曲，而良好地保持電路形成及LED裝設時之作業性。
絕緣層2之非電路部分4及電路部分3載置側的面係以平滑且反光性良好為較佳。尤其為了增加密接性，絕緣層2上之非電路部分4與電路部分3的密接面，係以實施表面粗化處理、電鍍、矽烷耦合處理等為較佳。
為了確保LED等之電子零件裝設後的連接可靠度，絕緣層2與[電路部分3及非電路部分4]之90℃剝離強度，係以1kg/cm以上為較佳，以1.4kg/cm以上為更佳。
[白色膜]
用作為白色膜5之樹脂，係以含有一種類以上之熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂為較佳。熱硬化性樹脂可為環氧樹脂，光硬化性樹脂可為丙烯樹脂。
對用作為白色膜5之樹脂，作為白色顏料係以含有一種類以上之二氧化鈦、硫酸鋇、滑石、二氧化矽等之白色顏料為較佳。
尤其是含有二氧化鈦者，因其折射率大，且基板之光的反射率高，故而較佳。
另外，二氧化鈦係金紅石型，其穩定性極佳，所以光觸媒作用弱，與其他構造相比，可抑制樹脂成分的劣化，故而較佳。另外，為了抑制光觸媒作用，更以其表面由氫氧化鋁或二氧化矽所被覆為較佳。
白色顏料之含有量，係以在白色膜5之組成物中佔30質量%以上、75質量%以下為較佳。
當白色顏料之含有量為30質量%以上時，可獲得充分之反射率，當為75質量%以下時，不會因黏度增加而降低等級性，可獲得平滑之塗膜，並可抑制反射率之降低。
從LED照射光之有效利用的觀點考慮，白色膜5係以對400~800nm之可視光區域而具有70%以上之反射率為較佳，而在更佳之實施態樣中，以對460nm(藍色)與525nm(紅色)及620nm(紅色)而具有70%以上之反射率為較佳。
另外，白色膜5之熱傳導率係以比絕緣層2之熱傳導率還小為較佳。
若白色膜5之熱傳導率比絕緣層2之熱傳導率還小的話，不會有LED封裝體之發熱透過電路部分而從白色膜散熱的情況，因此，LED附近之氣體環境溫度不容易上昇，進而可使LED之壽命增長。
另外，為了維持機械強度，金屬基底電路基板係以總厚度為265μm以上、500μm以下為較佳。
另外，金屬基底電路基板係以在每100mm長度之金屬基底電路基板上，其彎曲量為3mm以下為較佳。
又，本發明中所使用之彎曲量，係指以絕緣層2上之非電路部分4及電路部分3為上面，在靜置於平滑且平行的面上時，將上面為下凹之情況定義為「+：正」，並將下麵為凸起的情況定義為「-：負」。彎曲之絕對值係相距金屬基底電路基板之外周的平滑且平行的面之最大高度。
本發明之金屬基底電路基板的外形，係以上下左右對稱為較佳，更以正方形及長方形為較佳。另外，在因設計上之限制而難以將外形作成上下左右對稱的情況，以在電路基板之外周執行切口等的加工為較佳。
本發明之金屬基底電路基板，即使不使用副構件及散熱孔，仍能具有良好之散熱特性，所以，可延長LED的壽命、且抑制彎曲量，藉此，可改善印刷電路板之電路形成時及LED裝設時的作業性，作為LED背光用之金屬基底電路基板，在產業上極有用途。
以上，雖陳述了本發明之實施形態，但該等僅為本發明之例示而已，本發明可採用上述以外之各種構成。
[實施例]
以下，針對本發明之實施例及比較例，並參照圖面及表1詳細進行說明，但本發明並不受限於該等。
如第1圖所示，本發明之金屬基底電路基板，係具有：金屬箔1；形成於金屬箔1之一面上的絕緣層2；形成於絕緣層2上之未設有金屬箔1的面上之電路部分3及非電路部分4；及形成於絕緣層2、電路部分3及非電路部分4上之白色膜5。又，圖中之符號7係LED封裝體。
[實施例]
實施例1之金屬基底電路基板，係依下述方式製作。
於厚度35μm之銅箔上形成絕緣層2，且使得絕緣層2硬化後之厚度為150μm。
絕緣層2係於雙酚A型環氧樹脂(大日本油墨化學工業公司製、「EPICLON-828」中，添加作為胺類硬化劑的二胺基二苯基甲烷(日本合成化工公司製、「H84B」)來作為硬化劑，並配合平均粒徑為1.2μm之破碎狀粗粒的氧化矽(龍森公司製，「A-1」)與平均粒徑為10μm之破碎狀粗粒的氧化矽(林化成公司製，「SQ-10」)，以成為絕緣層中35體積%(球狀粗粒與球狀微粒的質量比為6：4)的方式進行調配。
然後，貼合厚度為200μm之鋁箔，並藉由加熱而使絕緣層2硬化，獲得在絕緣層2中之全部無機填料中鈉離子濃度為50ppm以下的金屬基底基板。
又，針對獲得之金屬基底基板，利用抗蝕劑對預定位置進行遮覆，以電路部分及非電路部分具有各種總面積的方式對銅箔進行蝕刻後，除去抗蝕劑而形成銅製之電路部分3及非電路部分4，作成金屬基底電路基板。
又，在金屬基底電路基板上塗布白色抗銲劑而作為高反射率之白色膜5，並利用熱及紫外線進行硬化。
此時，在電路部分3上之LED封裝體裝設部分未形成白色塗膜。作為白色抗銲劑，係採用山榮化學公司製、「SSR-6300S」。
如表1所示，實施例1係使絕緣層2上非電路部分4及電路部分3的總面積，相對於金屬箔1之面積為79%，構成金屬箔1之金屬材料的線膨脹係數為23.9ppm/℃，絕緣層2之線膨脹係數為91.3ppm/℃，電路部分3及非電路部分4之線膨脹係數為17.5ppm/℃。
相對於絕緣層2之總體積的無機填料的含有率為35%，將使用於絕緣層之樹脂作為環氧樹脂，又，在絕緣層中添加了胺類硬化劑。
如表1所示，在實施例1中，彎曲量係1.7mm及3mm以下的良好值。
如表1所示，實施例2係除了將相對於絕緣層2之總體積的無機填料的含有率設為56%以外，其餘均與實施例1相同來製成。
實施例2中，彎曲量係1.1mm及不滿3mm的良好值。
如表1所示，實施例3係除了採用酚醛(明和化成公司製，「HF-4M」)作為用於絕緣層2之硬化劑，並採用咪唑類硬化觸媒(四國化成公司製，「2,3-二氫-1H-吡咯並[1,2-a]苯並咪唑」)作為觸媒以外，其餘均與實施例1相同來製成。
實施例3中，彎曲量係1.8mm及不滿3mm的良好值。
[比較例]
如表1所示，比較例1係除了將絕緣層2之非電路部分4及電路部分3的總面積設為相對於金屬箔1之面積為98%以外，其餘均與實施例1相同來製成。
比較例1中，在測定彎曲量時，其無法電路化。
如表1所示，比較例2係除了絕緣層2之非電路部分4及電路部分3的總面積，相對於金屬箔1之面積為30%以外，其餘均與第1實施例相同來製成。
比較例2中，彎曲量係11.4mm，而產生了大幅之彎曲。
如表1所示，比較例3係除了金屬箔之線膨脹係數為39.7ppm/℃，並採用酚醛(明和化成公司製，「HF-4M」)作為絕緣層2所使用之硬化劑以外，其餘均與實施例1相同來製成。
比較例3中，彎曲量係4.9mm，而超過了3mm。
如表1所示，比較例4係除了絕緣層2之線膨脹係數為127.5ppm/℃，無機填料之體積%為0以外，其餘均與實施例1相同來製成。
比較例4中，彎曲量係7.3mm，而超過了3mm。
如表1所示，比較例5係除了電路部分及非電路部分之線膨脹係數為4.3ppm/℃，採用胺類硬化劑及酚醛(明和化成公司製、「HF-4M」)作為絕緣層2所使用之硬化劑，並採用咪唑類硬化觸媒(四國化成公司製，「2,3-二氫-1H-吡咯並[1,2-a]苯並咪唑」)以外，其餘均與實施例1相同來製成。
比較例5中，彎曲量係6.7mm，而超過了3mm。
如表1所示，比較例6係除了金屬箔之線膨脹係數為10.5ppm/℃，電路部分及非電路部分之線膨脹係數為23.9ppm/℃，使得電路部分及非電路部分之線膨脹係數比金屬箔之線膨脹係數還大，並採用胺類硬化劑及酚醛(明和化成公司製，「HF-4M」)作為絕緣層2所使用之硬化劑以外，其餘均與實施例1相同來製成。
比較例6中，彎曲量係9.2mm，而超過了3mm。
如上述，本發明之金屬基底電路基板相較於與比較例，可將基板之彎曲量抑制在一半以下。因此，可改善印刷電路板之電路形成時及LED裝設時的作業性。
1．．．金屬箔
2．．．絕緣層
3．．．電路部分
4．．．非電路部分
5．．．白色膜
6．．．銲接部
7．．．LED封裝體
第1圖為模式性顯示本發明之金屬基底電路基板的一例之說明圖(剖視圖)。
1．．．金屬箔
2．．．絕緣層
3．．．電路部分
4．．．非電路部分
5．．．白色膜
6．．．銲接部
7．．．LED封裝體

Claims (4)

  1. 一種金屬基底電路基板，其包含有：絕緣層，其線膨脹係數為60ppm/℃以上、120ppm/℃以下；金屬箔，係由金屬材料所形成，且設於絕緣層之一面，線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下；電路部分及非電路部分，其形成於絕緣層之另一面，線膨脹係數為10ppm/℃以上、35ppm/℃以下；及白色膜，其形成於絕緣層、電路部分及非電路部分上，絕緣層上之電路部分與非電路部分的總面積，相對於金屬箔之面積為50%以上、95%以下，且各素材之線膨脹係數的關係為：絕緣層之線膨脹係數>金屬箔之線膨脹係數>電路部分及非電路部分之線膨脹係數。
  2. 如申請專利範圍第1項之金屬基底電路基板，其中絕緣層係由環氧樹脂、硬化劑及無機充填物形成，相對於絕緣層之總體積，無機充填物含有40體積%以上、70體積%以下。
  3. 如申請專利範圍第2項之金屬基底電路基板，其中硬化劑含有具備羥基及胺基之一方或雙方的物質。
  4. 如申請專利範圍第1項之金屬基底電路基板，其中白色膜含有二氧化鈦作為白色顏料，二氧化鈦係金紅石型且表面由氫氧化鋁或二氧化矽所被覆。
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