TWM447653U - 高導熱電路板結構 - Google Patents

Description

高導熱電路板結構

本創作係有關一種高導熱電路板結構，尤指一種應用於LED且具有導熱黏著層及散熱板之高導熱電路板結構。

隨著全球環保意識的抬頭，節能省電已成為當今的趨勢，也使得LED產業成為近年來最受矚目的產業之一。發展至今，LED產品已具有高效率、省電、反應時間快、節能、壽命週期長，且不含汞具有環保效益等優點。

然而，LED高功率產品輸入功率只有約為20%能轉換成光，剩下80%的電能均轉換為熱能。一般而言，LED發光時所產生的熱能若無法即時匯出，將使LED結面溫度過高，進而影響產品生命週期、發光效率和穩定性。

傳統的FR-4或T-preg鋁基電路板是由FR-4或T-preg雙面板與鋁基板製作而成。請參閱第1圖，第1圖係顯示傳統T-preg鋁基板之結構剖面示意圖。該FR-4或T-preg雙面板係於第一銅箔層110及第二銅箔層130間夾置一導熱層120使其具有較高之絕緣破壞電壓(VRMS，volt root mean square)。由於傳統FR-4或T-preg鋁基電路板需要較大厚度之絕緣導熱層，才具絕緣抗電壓擊穿作用，因此為保有較佳之絕緣抗電壓擊穿作用傳統之FR-4或T-preg鋁基電路板的散熱效果並不理想。

目前全球電子產業的發展趨勢向輕、薄、小、高密度、高耐熱、多功能化、高可靠性、且低成本之方向發展，若 電路板之散熱性質不佳，無法即時將熱能導出，將導致元件過熱使效能降低，進而使元件壽命下降。而傳統的FR-4或T-preg電路板已經難以滿足目前電子產業中LED高功率發展之要求。

故，開發一種兼具輕、薄、小、散熱效率高、低熱阻、絕緣性能佳、生產成本低等優點之高導熱電路板結構以供高功率之LED產品使用已是迫在眉睫。

為此，本創作提供了一種高導熱電路板結構，包括：絕緣聚合物層；第一線路層，係形成於該絕緣聚合物層上；導熱黏著層，係形成於該絕緣聚合物層上，使該絕緣聚合物層夾置於該第一線路層和導熱黏著層之間；第二線路層，係形成於該導熱黏著層上，使該導熱黏著層夾置於該絕緣聚合物層和第二線路層之間；至少一導電通孔，係貫穿該絕緣聚合物層及導熱黏著層，並電性連接該第一線路層與該第二線路層；介電層，係形成於該導熱黏著層和第二線路層上；以及散熱板，係承載該介電層。

於一具體實施例中，本創作之第一線路層與第二線路層之材質為銅，其厚度各自為12.5至70微米。

本創作之絕緣聚合物層之材質為聚醯亞胺，其厚度係介於5至15微米。本創作之導熱黏著層包括樹脂及分散於該樹脂中之導熱粉體，以重量百分比計，該導熱黏著層中導熱粉體之含量占該導熱黏著層10至90%，其中，該導熱粉體之材料矽選自粒徑介於0.2至10微米之碳化矽、氮化 硼、氧化鋁、氮化鋁或其所組成群組的至少一種，該導熱黏著層之厚度為10至20微米。

本創作之導熱黏著層中所包含之樹脂係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醯亞胺樹脂與聚醯胺-醯亞胺樹脂所組成群組的至少一種。

本創作之散熱板為多孔性陽極氧化鋁或氮化鋁基板，其厚度為500至6000微米。

相較於傳統T-preg或FR-4雙面板，本創作之高導熱電路板結構之熱阻抗較小，厚度薄即有極佳之絕緣效果，因此不需要增加絕緣層厚度，故能降低高導熱電路板結構之整體厚度，又能擁有高導熱效率及高絕緣破壞電壓。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之優點及功效。本創作亦可以其它不同的方式予以實施，即，在不悖離本創作所揭示之範疇下，能予不同之修飾與改變。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本創作可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本創作所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本創作所揭示之技術 內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「下」、「第一」及「第二」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本創作可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本創作可實施之範疇。

第2圖係顯示本創作之線路板結構剖面示意圖。

本創作之線路板200包括：第一線路層210、絕緣聚合物層220、導熱黏著層230，其中，該絕緣聚合物層220夾置於該第一線路層210與該導熱黏著層230之間；形成於該導熱黏著層230上之第二線路層240；以及至少一貫穿該絕緣聚合物層220及導熱黏著層230之導電通孔250。

於本創作之較佳實施例中，在尚未形成圖案化線路層且絕緣聚合物層220、導熱黏著層230表面仍為銅箔時，可利用雷射或機械穿孔的方式形成貫穿該絕緣聚合物層220和導熱黏著層230的穿孔，再利用鍍覆製程形成導電通孔250，之後再利用圖案化製程形成第一和第二線路層。

又，前述該絕緣聚合物層220之材質為聚醯亞胺，該導熱黏著層230包括樹脂及分散於該樹脂中之粒徑介於0.2至10微米之導熱粉體，其中，以重量百分比計，於該導熱黏著層中之導熱粉體占該導熱黏著層固含量的固含量為10至90%。

於本創作之較佳實施例中，該導熱粉體之材質為選自碳化矽、氮化硼、氧化鋁和氮化鋁所組成群組的至少一種。

第3圖係顯示本創作之高導熱電路板結構的結構剖面 示意圖。

本創作之高導熱電路板結構3，包括：線路板300；散熱板3300；以及夾置於該線路板300與該散熱板3300間之介電層3200。

該線路板300包括：絕緣聚合物層320；第一線路層310，係形成於該絕緣聚合物層320上；導熱黏著層330，係形成於該絕緣聚合物層320上，使該絕緣聚合物層320夾置於該第一線路層310和導熱黏著層330之間；形成於該導熱黏著層330上之第二線路層340，使該導熱黏著層330夾置於該絕緣聚合物層320和第二線路層340之間；以及至少一貫穿該絕緣聚合物層320及導熱黏著層330之導電通孔350，俾電性連接該第一線路層310與該第二線路層340。

於本創作之較佳實施例中，該第二線路層340與介電層3200接合之表面為一粗糙表面340a，該粗糙表面340a有助於增加該線路板300與該介電層3200之黏著強度，因而增加本創作之高導熱電路板結構3之可靠性。

實施例 本創作高導熱電路板結構之製備

聚醯亞胺樹脂(亞洲電材股份有限公司)塗佈在第一銅箔層的表面上，並烘亁以形成絕緣聚合物層後，得到一單面銅箔基板。

使用將如表1所述之導熱粉體與環氧系樹脂均勻混合成導熱膠，並以塗佈或轉印法將該導熱膠形成於該絕緣聚合物層的表面，俾得到導熱黏著層，以令該絕緣聚合物層 夾置在該導熱黏著層和該第一銅箔層之間，並使該導熱黏著層處於半聚合半硬化狀態(亦即B-stage狀態，此時導熱黏著層分子與分子之間化學鍵不多，在高溫高壓下還會軟化)；以及將該單面銅箔基板的導熱黏著層與第二銅箔層貼合，並固化該導熱黏著層，以形成柔性高導熱銅箔基板。

可利用雷射或機械穿孔的方式形成貫穿該絕緣聚合物層和導熱黏著層的穿孔，再利用鍍覆製程形成導電通孔，之後再利用圖案化(增厚)製程形成第一和第二線路層。

接著，可粗化第二線路層之外露表面以得到一粗糙表面。

再於粗糙表面塗佈一層為介電層(貝格斯公司；TH-04503)，接著在介電層上壓合鋁散熱板，以得到高導熱電路板結構。

實施例1至3之高導熱電路板結構之數據係紀錄於表1。

比較例1

於比較例1中係使用Laird公司出產之1KA04型號厚度為102微米之T-preg雙面板，並將該T-preg雙面板與1600微米之鋁散熱板壓合，俾得到總厚度為1874微米之高導熱電路板結構。

測試例

根據製備例之方法，製得之實施例1至3及比較例1之高導熱電路板結構樣品，並對該樣品進行機械特性與電氣特性測試，測試項目包括熱傳導、破壞電壓、熱阻抗、剝離強度、焊錫性溫度，並將結果記錄於表1。

熱傳導分析測試

根據ASTM-D5470測試方法，使用熱傳導係數量測儀器(瑞領科技公司；型號LW-9389)進行熱傳導分析測試。蝕刻移除高導熱電路板結構樣品之線路層，並於在傳感器上下兩面覆蓋兩經蝕刻移除線路層的樣品，並於80psi壓 力下以80度之固定熱源測試一小時，並由熱傳導測試儀之軟體得知熱傳導係數與熱阻抗值等數據，並將測得的熱傳導係數與熱阻抗值紀錄於表1。

破壞電壓測試

使用耐壓分析儀(致茂電子公司；型號Chroma19057)進行破壞電壓測試。首先烘烤使高導熱電路板結構內之導熱黏著層固化後，蝕刻移除線路層，並將樣品放入耐壓分析儀之檢測治具中於最大電壓為17KV、電流設定為5mA條件下進行測試，直到測試樣品被擊穿而停止，並將測得的破壞電壓值紀錄於表1。

剝離強度測試

根據IPC-TM-650 2.4.9測試方法A與C以萬能拉力機(Shimadzu公司；型號AG-IS)進行剝離強度測試。將高導熱電路板結構樣品置於90度角剝離夾具，並測定其對應拉力，測試散熱板被拉離線路板之單位寬度的拉力(kgf/cm)。

焊錫性溫度

根據IPC-TM-650 2.4.13測試方法，使用高溫錫爐(廣華公司；型號POT-100C)，在溫度為23±2℃與溼度為60±10%RH之環境下測試試片；試片先經過烘箱135℃±2℃烘烤1小時後，將試片分別浸入恆溫288℃與330℃之高溫錫鉛液，浸入該恆溫錫鉛液中10秒並用目視觀察試片是否發生變化。

○：外觀完全沒出現變化

X：外觀出現爆板或剝離

上述實施例僅為例示性說明本創作之原理及其功效，而非用於限制本創作。本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

110‧‧‧第一銅箔層

120‧‧‧導熱層

130‧‧‧第二銅箔層

200、300‧‧‧線路板

210、310‧‧‧第一線路層

220、320‧‧‧絕緣聚合物層

230、330‧‧‧導熱黏著層

240、340‧‧‧第二線路層

250、350‧‧‧導電通孔

3‧‧‧高導熱電路板結構

3200‧‧‧介電層

3300‧‧‧散熱板

340a‧‧‧粗糙表面

第1圖係顯示傳統T-preg鋁基板之結構剖面示意圖；第2圖係顯示本創作之線路板結構剖面示意圖；以及第3圖係顯示本創作之高導熱電路板結構的結構剖面示意圖。

310‧‧‧第一線路層

320‧‧‧絕緣聚合物層

330‧‧‧導熱黏著層

340‧‧‧第二線路層

350‧‧‧導電通孔

3‧‧‧高導熱電路板結構

300‧‧‧線路板

3200‧‧‧介電層

3300‧‧‧散熱板

340a‧‧‧粗糙表面

Claims (11)

1. 一種高導熱電路板結構，包括：線路板，包括：絕緣聚合物層；第一線路層，係形成於該絕緣聚合物層上；導熱黏著層，係形成於該絕緣聚合物層上，使該絕緣聚合物層夾置於該第一線路層和導熱黏著層之間；第二線路層，係形成於該導熱黏著層上，使該導熱黏著層夾置於該絕緣聚合物層和第二線路層之間；至少一導電通孔，係貫穿該絕緣聚合物層及導熱黏著層，並電性連接該第一線路層與該第二線路層；介電層，係形成於該導熱黏著層和第二線路層上；以及散熱板，係承載該介電層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高導熱電路板結構，其中，該第一線路層與第二線路層之厚度各自為12.5至70微米。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高導熱電路板結構，其中，該絕緣聚合物層之厚度為5至15微米。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高導熱電路板結構，其中，該導熱黏著層之厚度為10至20微米。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高導熱電路板結構，其中，該散熱板為多孔性陽極氧化鋁或氮化鋁基板。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高導熱電路板結構，其中，該導熱黏著層包括樹脂及分散於該樹脂中之導熱粉體。
7. 如申請專利範圍第6項所述之高導熱電路板結構，其中，以重量百分比計，該導熱黏著層中的導熱粉體占該導熱黏著層固含量的10至90%。
8. 如申請專利範圍第6項所述之高導熱電路板結構，其中，該導熱粉體的平均粒徑為0.2至10微米，且該導熱粉體係選自碳化矽、氮化硼、氧化鋁和氮化鋁所組成群組的至少一種。
9. 如申請專利範圍第6項所述之高導熱電路板結構，其中，該樹脂係選自環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、矽橡膠系樹脂、聚對環二甲苯系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、聚醯亞胺樹脂與聚醯胺-醯亞胺樹脂所組成群組的至少一種。
10. 如申請專利範圍第1項所述之高導熱電路板結構，其中，該導電通孔之材質為導電材料。
11. 如申請專利範圍第10項所述之高導熱電路板結構，其中，該導電材料為銅。