[發明專利]一種高導熱金屬基印刷電路板及其制備方法

在審

• 申請號: 201110369247.7
• 申請日: 2011-11-20
• 公開（公告）號: CN102612261A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 葛豫卿
• 申請（專利權）人: 葛豫卿
• 主分類號: H05K1/05
• 分類號: H05K1/05;H05K3/34;H01L33/62;H01L33/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種提升傳熱效率尤其是縱向導熱率的金屬基印刷電路板及其制備方法，主要解決高功率發光二極管(LED)應用過程中現有金屬基印刷電路板縱向熱阻過大的問題，尤其適用于單顆封裝功率在5W以上的LED。?

背景技術

LED目前已在照明領域得到廣泛應用，單顆3W以上的LED普遍都會采用金屬基印刷電路板(MCPCB)作為電路及散熱基板。現有的MCPCB由于采用金屬基板(一般為銅基板或鋁基板)，導熱率相比以前1W以下LED采用的普通FR4印刷電路板(PCB)有了較大的提升。然而，盡管鋁基板甚至銅基板有很好的熱導率，分別可達205W/mK和380W/mK，但由于電絕緣的需要以及制備工藝的限制，目前的MCPCB電路層和金屬基板之間都有一層絕緣層。該絕緣層的導熱率只有0.2～2.0W/mK左右，導致現有MCPCB的縱向導熱率只有1～4W/mK，視采用絕緣層的材質。隨著目前LED封裝水平的不斷提高，大尺寸芯片(Large-scale?Chip)和多芯片(Multi?Chip)封裝越來越多，功耗越來越高，對載體基板提出了更高的散熱要求，現有的MCPCB在應用中已經出現了諸多的問題，其中最主要的一個原因就是因為散熱不充分導致LED失效。?

LED在使用中由于70～90％的能耗會被轉化為熱能，如不能及時將熱量散發出去，將會導致LED節溫過高，造成發光效率下降，降低LED壽命，嚴重時更可能直接燒毀芯片。LED由于封裝結構的限制，前端為了透光一般采用高透光率的環氧樹脂、塑料或者玻璃等材料，導熱率均較低。特別是在使用塑料透鏡或玻璃蓋片封裝時，為了保護LED晶片與封裝基板直接的晶線，塑料透鏡或玻璃蓋片與LED晶片并沒有直接接觸而是預留一定的空隙，因此LED應用中，熱量從前端散發的比例極少，90％以上的熱量都需要以熱傳導的方式從LED封裝基板背部經由電路板最后傳至散熱器。應用中，LED一般都需要焊裝在電路板上供電，熱量也需要穿透電路板才能到達其背面的散熱器件。因此，LED的散熱的好壞主要可從三個級別來考量：一是封裝級散熱主要取決于LED封裝熱阻的高低；二是板極散熱主要取決于MCPCB的縱向導熱能力及橫向熱擴散能力；三是系統級散熱主要取決于整個外部散熱系統的結構和布局。由于現有MCPCB的縱向導熱率較低，已成為高功率LED整個散熱路徑的瓶頸，所以本發明主要集中于板級散熱，解決現有金屬基印刷電路板熱阻過大的問題，大幅提高金屬基印刷電路板的縱向導熱率。?

發明內容

本發明主要針對現有MCPCB縱向導熱率仍較低的問題，通過打穿熱通路部分的瓶頸(絕緣層)，填充導熱性能良好的焊錫，提升金屬基印刷電路板的縱向導熱率。由于除去了熱通路部位的金屬銅箔尤其是導熱率極低的絕緣層兩層介質，整個MCPCB的傳熱路徑由原來的“金屬銅箔-絕緣層-金屬基板”變為“錫焊層-金屬基板”。因為焊錫導熱導熱率為50～150W/mK，比絕緣材質高出數十倍，可較現有MCPCB的縱向導熱率有大幅提升。?

本發明高導熱金屬基印刷電路板主要由三層構成：印刷電路板、金屬基板以及連接印刷電路板和金屬基板的粘結層。金屬基板的材料為導熱性良好的金屬，如銅、鋁或銅合金、鋁合金。粘結層為環氧膠膜、環氧玻纖布粘結片或者其他耐高溫的粘結材料，可允許在后續LED表面焊接時在回流焊爐高溫環境中并不破環粘結屬性。印刷電路板又有至少三層結構：至少一層電路層、與金屬基板貼合的絕緣層、以及與暴露于外部的阻焊保護層。在印刷電路板和粘結層的熱通路部位至少有一個熱通孔，內部有錫焊填充，與金屬基板表面接觸焊合。在熱通孔邊緣處，電路層上留有一圈銅箔，可被錫焊熔劑潤濕，在表面張力作用下可控制錫焊熔劑液面凸起或凹陷，從而只要填入合適量的焊錫，即可使焊錫填充表面呈平整狀態，與電路層平齊。電路引腳可更根據電氣需要與熱通孔邊緣處的銅箔連接或是絕緣斷開。由于焊錫填充上表面可直接與LED散熱部位通過錫焊貼合，而下表面直接與金屬基板接觸，形成全為導熱率優良的錫焊合金形成的熱通路。從而LED的發熱量可透過焊錫高效地傳至金屬基板，通過金屬基板良好的導熱性向四周橫向擴散，然后傳給背面的散熱器件散發掉。與現有金屬基印刷電路板相比，由于熱路徑中去除了導熱率極低的絕緣層材料，其縱向導熱率可獲得幾十上百倍提升。?