TWI793492B - 發光元件用複合材料基板及其製備方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種發光元件用複合材料基板及其製備方法。發光元件用複合材料基板包含一金屬基材層、一反射層、一絕緣層、一種子層以及一導電線路層。反射層設置於該金屬基材層上。絕緣層設置於該反射層上。種子層局部地設置於該絕緣層上，該種子層定義出一圖案。導電線路層沿該圖案設置於該種子層上。其中，該種子層與該導電線路層共同形成一導電線路圖案，該絕緣層及該反射層局部顯露於該導電線路圖案之外。

Description

發光元件用複合材料基板及其製備方法

本發明係關於一種發光元件用複合材料基板及其製備方法，特別是一種用於車用照明裝置之發光元件用複合材料基板及其製備方法。

發光二極體（Light Emitting Diode；LED）將內部電子與電洞結合之電能，轉換以單色光釋出，提供了一種單位瓦數下有高流明輸出、省電、耐用又壽命長之照明光源。而基於發光二極體之體積小、光源穩定可靠之特性，再加上易以光學設計控制所需光線集散程度之優勢，近年來更廣泛應用於車輛照明系統中。

然而，在發光二極體將電能轉換為光的同時會有大量的熱逸散出，導致工作環境溫度上升而影響周邊元件運作，當熱能累積使溫度超過臨界值時，更會造成發光二極體光衰而降低發光亮度，減損了發光二極體的有效壽命。是故，在設計車用照明裝置內部結構時，除了符合相關車用照明法規及所需光學參數外，如何有效散熱亦成為了此業界之重要議題。

圖1A所示為習知使用發光二極體作為光源之車用照明裝置。其中，燈座100設置於燈罩200中，燈座100上有一複合材料基板1，複合材料基板1上設有發光二極體，發光二極體產生的光線經由燈罩200反射後投射至照明裝置前方，形成照明區域A。

圖1B進一步詳細繪示複合材料基板1的剖面結構，複合材料基板1主要包含了一金屬層11、一絕緣層13、一導電線路層15及發光二極體19，其中，金屬層11的厚度約0.6~1.6毫米，絕緣層13的厚度約60~100微米，導電線路層15以卷材壓印於絕緣層13上，其厚度約35~70微米。

為了能將發光二極體19所產生的熱盡快導出，複合材料基板1需具備一定的散熱能力。因銅的導熱率約達400W/m℃，金屬層11及導電線路層15大多由銅(或鋁)製成。然而，設置於金屬層11與導電線路層15之間的絕緣層13多由聚合物所製成，其導熱率卻極低，通常僅有1~3W/m℃。實際運作上，當最上方的發光二極體發光照明時，大部分的熱首先經由導電線路層15傳遞，習知複合材料基板1為了提高熱傳導效率，傾向於大面積地鋪設導電線路層15，期待將廢熱先快速地橫向導出，但受制於絕緣層13，卻不易再順暢往下傳導至金屬層11，造成複合材料基板1之整體導熱率下降至僅約50 W/m℃左右。習知複合材料基板1的導熱率低、散熱不佳等缺點，已影響發光二極體的使用壽命。

再者，為能使發光二極體所發出的光線能有效地被利用，並符合導電線路層15之絕緣防焊需求，習知複合材料基板1更包含一絕緣漆層17，大面積地形成於導電線路層15上。此絕緣漆層17通常白色，以增加光線反射效果，當部分光線經由燈罩200反射回到燈座100，絕緣漆層17可將光線再次反射至燈罩200進而投射至燈罩200前方。但因絕緣漆層17不耐高溫，使用久了之後會黃化，反而造成部分光線被絕緣漆層17所吸收，大幅降低反射效果。

有鑑於此，如何提供一種具有較高整體導熱率、光線集中效率佳且光源使用壽命長之用於車用照明裝置的複合材料基板，乃是業界亟待解決的問題。

本發明之一目的在於提供一種用於一發光元件之複合材料基板，其採用導熱率較高之材質作為金屬層與導電線路層之間之絕緣層，使設置於複合材料基板上方之發光元件所產生的熱得以順暢傳導至最下方的金屬層，達到均勻散熱之目的，進而提高發光元件之使用壽命。此外，本發明所提供之複合材料基板在透明的絕緣層之下更包含一反射層，除了維持高導熱率之外，更能用於反射發光元件之散射光線及再次反射燈具內部反射至基板之光線；由於反射層的高反射率，且不受高溫影響，故能提升光利用率。

本發明之複合材料基板的絕緣層具有厚度薄且導熱係數高的特性，故縱向導熱效果明顯較佳，同時也就不再需要為了提升橫向散熱效率而大面積形成導電線路層，故自導電線路層所顯露的下方絕緣層及反射層的面積大幅增加，連帶提升再反射的光利用率。

為達上述目的，本發明提供一種發光元件用複合材料基板，其包含一金屬基材層、一反射層、一絕緣層、一種子層以及一導電線路層。反射層設置於金屬基材層上。絕緣層設置於反射層上。種子層局部地設置於絕緣層上，種子層定義出一圖案。導電線路層沿圖案設置於種子層上。種子層與導電線路層共同形成一導電線路圖案，絕緣層及反射層局部顯露於導電線路圖案之外。

於另一實施態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板更包含一絕緣漆層，該絕緣漆層覆蓋於該導電線路圖案之一表面。

於又一態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板所包含的金屬基材層為鋁或銅。

於再一態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板所包含的反射層之材質為銀或鋁。

於又一態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板所包含的絕緣層之一厚度為1微米以下，該反射層之一厚度為1微米以下。

於再一態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板所包含的種子層之一厚度為0.5微米以下。

於又一態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板所包含的種子層之材質為銅。

為實現上述之目的，本發明更提供一種發光元件用複合材料基板之製備方法，包含以下步驟：(A)提供一金屬基材基板；(B)利用濺鍍製程於該金屬基材基板表面形成一反射層；(C)利用濺鍍製程於該反射層表面形成一絕緣層；(D)於該絕緣層表面形成一圖案化種子層；以及(E)利用電鍍製程於該圖案化種子層上形成一導電線路層，該導電線路與該圖案化種子層共同形成一導電線路圖案。

於另一實施態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板之製備方法中，步驟(D)包含：(D1)形成一初始種子層；(D2)形成一光阻劑圖案於該初始種子層上；(D3)藉由該光阻劑圖案作為一遮罩以局部蝕刻該初始種子層，以形成該圖案化種子層；以及(D4)去除該圖案化種子層上遺留之該光阻劑圖案。

於再一實施態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板之製備方法中，步驟(D)包含之步驟(D1)係利用濺鍍製程或蒸鍍製程於該絕緣層表面形成該初始種子層。

於又一態樣中，本發明提供之發光元件用複合材料基板之製備方法，更包含步驟(F)利用網版印刷製程於該導電線路圖案之一表面形成一絕緣漆層。

為讓上述目的、技術特徵和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。

請參考圖2，其為本發明第一實施例的一種發光元件用複合材料基板2之側視剖面圖。於實際應用中，本發明之複合材料基板2係用於載放並電性連接至發光元件，兩者結合而為一光源模組，裝設於車用照明裝置中，以提供車輛穩定之照明光線。於一具體實施例中，發光元件為發光二極體20，但本發明並不以此為限。

如圖所示，本實施例之複合材料基板2包含一金屬基材層21、一反射層23、一絕緣層25、一種子層27以及一導電線路層29。

金屬基材層21通常由鋁或銅製成，但於其他實施態樣中，亦可採用其他導熱率高之金屬材料。於本實施例中，金屬基材層21之厚度較佳為2公釐以下，更佳者，厚度係為0.6~1.6公釐。

反射層23係設置於金屬基材層21上。於本實施例中，反射層23之材質為銀或鋁(較佳之材質為銀)。於實際應用中，反射層23之厚度較佳為1微米以下。

絕緣層25設置於反射層23上。因絕緣層25實際上為薄膜且透明，故下方的反射層23得以顯露，而若外部光線也可以穿透絕緣層25至反射層23。於本實施例中，絕緣層25之厚度較佳為1微米以下，且導熱率較高可達約200W/m℃左右。

種子層27局部地設置於絕緣層25上，藉以定義出一初步導電線路圖案。較佳者，種子層27之厚度為0.5微米以下。於一具體實施例中，種子層27之材質為銅且為薄膜，然於本發明之其他實施態樣中，亦可為其他導熱率高且導電率高之金屬材料。

導電線路層29沿前述初步導電線路圖案形成於該種子層27上，藉此種子層27與導電線路層29共同形成一導電線路圖案（圖未示出）。由於種子層27僅局部地設置於絕緣層25上，導電線路層29又僅設於種子層27上，故在導電線路層29及種子層27(即導電線路圖案)以外的區域，絕緣層25及反射層23得以局部顯露於導電線路圖案之外。

發光二極體20係電性連接於導電線路圖案。因絕緣層25為透明，故當發光元件所產生之光線有部分受燈具反射至複合材料基板2時，光線會先穿透絕緣層25，再經由反射層23反射，再次經過絕緣層25而向外發射(如虛線箭頭所示)，最後透過照明裝置內部之光路設計而成為有效的照明光線，藉此降低光的耗損率，並提升光利用率。

請參閱圖3A至圖3E，其係繪示說明本發明第一實施例之複合材料基板2之各製備步驟之側視剖面圖。

首先，如圖3A所示，製備方法係先提供一金屬基材基板21。再如圖3B所示，利用濺鍍製程於金屬基材基板21表面形成一反射層23。

接著，如圖3C所示，利用濺鍍製程於反射層23之表面形成一絕緣層25。

然後，如圖3D所示，於絕緣層25表面形成一圖案化之種子層27，其中，圖案化之種子層27僅覆蓋於絕緣層25之局部表面。

最後，如圖3E所示，利用電鍍製程於圖案化之種子層27上形成一導電線路層29，導電線路層29與圖案化之種子層27共同定義一導電線路圖案。

請參考圖4A至圖4D，其係繪示於一較佳實施態樣中，第3D圖所示之形成圖案化之種子層27的詳細步驟。

如圖4A所示，先形成一初始種子層371。於一較佳實施態樣中，係利用濺鍍（Sputter）製程或蒸鍍（Evaporation）製程於絕緣層25表面形成初始種子層371。更詳細而言，蒸鍍製程是採用電子束槍（Electron Beam Gun）進行蒸鍍。藉此，便能控制初始種子層371於一定厚度以下。接著，如圖4B所示，形成一光阻劑圖案373於初始種子層上371。然後如圖4C所示，藉由光阻劑圖案373作為一遮罩以局部蝕刻初始種子層371，以形成圖案化之種子層27。最後，如圖4D所示，去除圖案化之種子層27上遺留之光阻劑圖案373。

請再參考圖5，所示為本發明第二實施例的一種發光元件用複合材料基板2之側視剖面圖。為了簡要說明之目的，上述第一實施例中任何可作相同應用之敘述皆併於此，故未再重複相同之敘述。

如圖所示，與第一實施例不同的是，第二實施例之發光元件用複合材料基板2更包含一絕緣漆層51。絕緣漆層51一般為白漆，覆蓋於導電線路圖案之一表面，藉此避免種子層27以及導電線路層29之表面接觸到其他物品或濕氣造成短路。

請同時參考圖3A至圖3E及圖5，與第一實施例複合材料基板2之製備步驟不同的是，本實施例之複合材料基板2更利用網版印刷製程，於導電線路圖案之一表面形成絕緣漆層51，藉此覆蓋種子層27以及導電線路層29之表面。於實際應用中，此網版印刷製程係採厚膜印刷。

於本實施例中，由於本發明之絕緣層25極薄且使用具導熱率高之材質，故發光二極體20所產生的熱可以縱向且地快速經由絕緣層25、反射層23而傳導至金屬基材層21，並不需要鋪設多餘的導電線路來追求橫向散熱，而是僅僅形成符合電路及安規需求之導電線路即可。因此於實際應用中，複合材料基板2僅需要少量的絕緣漆層51來覆蓋，絕大部分的複合材料基板2的上表面可直接露出絕緣層25及反射層23。

更詳細而言，相較於習知複合材料基板，本實施例之發光元件用複合材料基板2之上表面並未全面覆蓋絕緣漆層51，而僅是將絕緣漆層51印刷形成於導電線路圖案之表面，藉此避免導電線路圖案表面接觸到其他物品或濕氣而造成短路。是故，發光元件之散射光線及自燈具反射之光線主要仍由如同鏡面般的反射層23進行反射，反射層23不受高溫影響，故本實施例複合材料基板2之反射率相較於習知複合材料基板之反射率高，且較不會受到絕緣漆黃化之吸光所影響，故能提升整體光利用率和照度，提升了車用照明裝置之使用壽命。

綜上所述，本發明中的反射層和絕緣層，兩者的厚度都很薄，且導熱率均遠高於習知複合材料基板中的絕緣層，因此可以提升整體金屬基板的導熱率，且又進一步提供反射的效果。再者，本發明之複合材料基板提供較佳的導熱率，每一層之導熱率相近，當熱量散逸時，導熱途徑不致因絕緣層之導熱率落差而累積阻塞。而經過熱阻公式計算，習知複合材料基板的熱阻高達5.8℃/W，本發明之一實施態樣之複合材料基板熱阻卻僅有0.85℃/W，而越低的熱阻代表熱越容易導出來。此外，於本發明之各實施態樣中，發光元件之散射光線及自燈具反射之光線皆是由反射層進行反射，不致有習知複合材料基板的絕緣漆黃化問題，有效提高照明裝置的照度及光利用率。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

100:燈座 200:燈罩 1:複合材料基板 11:金屬層 13:絕緣層 15:導電線路層 17:絕緣漆層 19:發光二極體 2:複合材料基板 20:發光二極體 21:金屬基材層 23:反射層 25:絕緣層 27:種子層 29:導電線路層 371:初始種子層 373:光阻劑圖案 51:絕緣漆層 A:照明區域

圖1A為車用照明裝置之示意圖； 圖1B為習知複合材料基板側視剖面圖； 圖2係本發明第一實施例之複合材料基板側視剖面圖； 圖3A至圖3E係本發明第一實施例之複合材料基板之各製備步驟之側視剖面圖； 圖4A至圖4D係本發明第一實施例之複合材料基板中圖案化種子層的各製備步驟側視剖面圖；以及 圖5係本發明第二實施例之複合材料基板側視剖面圖。

2:複合材料基板

20:發光二極體

21:金屬基材層

23:反射層

25:絕緣層

27:種子層

29:導電線路層

Claims (10)

1. 一種發光元件用複合材料基板，包含：一金屬基材層；一反射層，設置於該金屬基材層上；一絕緣層，設置於該反射層上；一種子層，局部地設置於該絕緣層上，該種子層定義出一圖案；一導電線路層，沿該圖案設置於該種子層上；以及一絕緣漆層，該絕緣漆層覆蓋於該導電線路圖案之一表面；其中，該種子層與該導電線路層共同形成一導電線路圖案，該絕緣層及該反射層局部顯露於該導電線路圖案之外。
2. 如請求項1所述的發光元件用複合材料基板，其中該金屬基材層係為鋁或銅。
3. 如請求項1所述的發光元件用複合材料基板，其中該反射層之材質為銀或鋁。
4. 如請求項1所述的發光元件用複合材料基板，其中該絕緣層之一厚度為1微米以下，該反射層之一厚度為1微米以下。
5. 如請求項1所述的發光元件用複合材料基板，其中該種子層之一厚度為0.5微米以下。
6. 如請求項1所述的發光元件用複合材料基板，其中該種子層之材質為銅。
7. 一種發光元件用複合材料基板之製備方法，包含以下步驟： (A)提供一金屬基材基板；(B)利用濺鍍製程於該金屬基材基板表面形成一反射層；(C)利用濺鍍製程於該反射層表面形成一絕緣層；(D)於該絕緣層表面形成一圖案化種子層；以及(E)利用電鍍製程於該圖案化種子層上形成一導電線路層，該導電線路層與該圖案化種子層共同形成一導電線路圖案。
8. 如請求項7所述的製備方法，其中該步驟(D)包含：(D1)形成一初始種子層；(D2)形成一光阻劑圖案於該初始種子層上；(D3)藉由該光阻劑圖案作為一遮罩以局部蝕刻該初始種子層，以形成該圖案化種子層；以及(D4)去除該圖案化種子層上遺留之該光阻劑圖案。
9. 如請求項8所述的製備方法，其中該步驟(D1)係利用濺鍍製程或蒸鍍製程於該絕緣層表面形成該初始種子層。
10. 如請求項7所述的製備方法，更包含以下步驟：(F)利用網版印刷製程於該導電線路圖案之一表面形成一絕緣漆層。

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