[發明專利]一種安裝LED的金屬基板及其制造方法

無效

• 申請號: 201010203709.3
• 申請日: 2010-06-07
• 公開（公告）號: CN101887942A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 宋健民
• 申請（專利權）人: 江蘇鑫鉆新材料科技有限公司
• 主分類號: H01L33/62
• 分類號: H01L33/62;H01L33/64
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及電路板基材技術領域，特別是用于大功率LED的金屬基板的生產技術領域。

背景技術

通常導熱的材料多會導電，金屬是靠電子的移動導熱，所以電阻越小的金屬(如銀、銅、鋁)，其熱傳導率也越大(如銀約415W/mk、銅約395W/mk、鋁約275W/mk)。相反的，絕緣的材料(如玻璃或木材)其熱傳導率也很低。

許多工業產品，尤其為電子產品(如LED)需以電路驅動。這些電路多為銅線。為了大量復制電路，常以曝光及蝕刻的方法制成印刷電路板(PCB)。通常印刷電路板以玻璃纖維強化的復合材料(FRC)做為絕緣的載板，其上以膠黏貼一薄層銅泊后再制成印刷電路板，這就是常用的計算機主機板。

然而LED的熱流卻常被復合材料所阻斷。LED的溫度升高后其亮度就迅速衰減，尤以大功率的LED或密排的LED更是如此。因此LED的基板，例如電視的背光板及路燈的LED載板，常采用金屬(如鋁或銅)基板而不用復合材料。但近年來LED的電功率及密集度都有增加之勢。以膠做為絕緣層的散熱速度不夠，加上膠為有機物，很容易過熱變質。有機膠的熱膨脹也比金屬大，會造成變形問題。除此之外，膠會和水汽、碳酸或硫氣反應，所以膠絕緣的金屬基電路板(MCPCB)常經不起明暗LED的冷熱交替，以致會干化、變形或剝離。印刷電路板以膠絕緣時LED會有許多問題，包括亮度難以持久或背光的顏色差異等。

有鑒于膠的不穩定，其內也可添加一些陶瓷粉(如氧化鋁或氮化鋁)。雖然這種復合絕緣物的熱傳導率可以由膠的約0.4W/mk提升至約4W/mk，但畢竟膠占絕緣層體積的一半以上，不僅熱流的傳遞仍慢，熱干化、變形或剝離的問題也未解決，因此含膠的金屬基電路板并不能用來承載大功率或極密集的LED光源。

為了大幅提高絕緣層的熱傳導率及避免其它問題，金屬基電路板內的膠必須完全排除。金屬板上可直接包覆陶瓷膜(如AlN或SiO2)，但陶瓷膜的熱傳導率還不夠高，對一些大功率及極密集的LED冷卻效果不彰。除此之外，在陶瓷表面披覆銅層的附著力很差。細微的銅電路很容易自陶瓷膜的表面剝離。

導熱最快的薄膜為似鉆碳(Diamond?Like?Carbon，縮寫DLC)。DLC的熱傳導率可高達600W/mk，比銀或銅高很多。似鉆碳分很多種，有些只含碳(如電弧或濺鍍的DLC)，而有些可含氫(H)，氮(N)，氟(F)，氧(O)或硅(Si)(如以Radio?Frequency?CVD或RFCVD所鍍之DLC)。純碳似鉆碳的導電率太高，并不能有效絕緣。似鉆碳內也常含導電的石墨鍵，這種似鉆碳也不能用來絕緣銅導線。一般說來，以物理氣相沉積(PVD)包覆的似鉆碳導電率太高，因此多不適用。以化學氣相沉積(CVD)包覆的似鉆碳內可含多量(占全部原子數目的1/4-1/2)的H，N，F，O或Si原子。這些非碳原子會先減少碳的石墨鍵，使電流難以傳遞。但氣體原子太多也會切斷鉆石鍵，使熱流也被阻斷，所以似鉆碳內氣體原子所占比率應落在1/4至1/2的范圍。

發明內容

本發明目的在于設計一種減小光衰的、適合大功率LED的金屬基板。

本發明包括金屬板和銅導線，其特征是在所述金屬板和銅導線之間由內至外依次設置似鉆碳絕緣層和能碳化的金屬層；所述似鉆碳絕緣層中H、N、O、F或Si原子占似鉆碳總質量的1/4-1/2，所述能碳化的金屬為鎂、硅、鉻、釩或鈦。

本發明所形成的鋁基板既具有較好的絕緣性，似鉆碳層與基板的附著強度高達20kg/cm2，本發明鋁基板的熱傳導率大于10W/mk，比傳統含膠絕緣層的熱傳導率大兩倍以上。故本發明有較好的導熱性，特別適合于大功率LED的應用，能有效降低光衰速度，為人們充分利用LED節能產品創造條件。

為了形成一定的絕緣性，所述似鉆碳絕緣層的厚度為200nm～1000nm。

本發明所述金屬板可以為鋁板、鎂板、銅板、鎂鋁合金板、或鎂銅壓合板。

為了加強金屬板的絕緣能力，金屬板上可加一層陶瓷膜。最簡單的方法乃將金屬板當做陽極，在電解液內氧化。例如在鋁板上形成陽化鋁或在鎂板上形成氧化鎂。也成將金屬板放在真空腔體內導入少量的氧氣，再以微波(Microwave)或射頻(Radiowave)將氧氣解離形成電漿(Plasma)。電漿會把金屬表面均勻的氧化，形成極薄(如200nm)的氧化膜。若改以氮氣電漿處理則可形成氮化膜。氧化物或氮化物都是絕緣的陶瓷(Ceramics)。

為了加強似鉆碳在陶瓷膜的附著力，陶瓷膜上可先披覆一層硅或鈦。披覆可以物理法(如濺鍍)或化學法(如化學氣相沉積或CVD)。