電路板、具有該電路板的電子模塊、照明裝置和製造該電路板的方法
2023-05-01 23:28:06
電路板、具有該電路板的電子模塊、照明裝置和製造該電路板的方法
【專利摘要】本發明涉及一種電路板（100），包括基底（1）和導電層（2），其特徵在於，所述基底（1）在朝向所述導電層（2）的一側具有第一區域（3）和第二區域（4），所述第一區域（3）相對於所述第二區域（4）凹陷，所述第一區域（3）中容納有第一絕緣層（5），所述第二區域（4）上設置有第二絕緣層（6），所述第一絕緣層（5）和所述第二絕緣層（6）具有不同的導熱率。此外本發明還涉及包括該電路板的一種電子模塊以及一種照明裝置。本發明還涉及一種製造該電路板的方法。
【專利說明】電路板、具有該電路板的電子模塊、照明裝置和製造該電路板的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電路板以及具有該電路板的一種電子模塊和一種照明裝置。此外本發明還涉及一種製造該電路板的方法。
【背景技術】
[0002]在現代的照明裝置中、特別是大功率的LED照明裝置中，電路板的熱阻佔據了照明裝置總熱阻的絕大部分。以傳統的以金屬為基底的電路板(MCPCB)為例，可以被視為熱源的LED晶片在工作時產生的熱量必須分別經過依次設置在金屬基底、例如鋁製基底的表面上的導電層和絕緣層才能傳遞給基底。由於絕緣層通常由聚合物製成，因此其導熱率非常低。這導致在LED晶片和金屬基底之間存在相對較大的熱阻。以相對新穎的以陶瓷為基底的電路板(Ceramic PCB)為例，同樣被視為熱源的LED晶片在工作時產生的熱量儘管只經過設置在陶瓷基底的表面上的導電層就可以傳遞給陶瓷基底，但是受陶瓷自身特性的限制，陶瓷基底的導熱率相對於例如由鋁製的金屬基底而言比較低，因此導致整個照明裝置仍具有較高的熱阻。並且這種以陶瓷為基礎的電路板還容易斷裂或被折損，並且具有較大的自重。
【發明內容】
[0003]因此本發明的一個目的在於，提出一種電路板，該電路板製造簡單、成本低廉、重量較輕，並且具有低熱阻的優點。安裝在這種電路板中的電子器件在工作時產生的熱量可以被迅速地導出到外界環境中，以實現良好的散熱效果。
[0004]根據本發明的電路板，包括基底和導電層，其特徵在於，所述基底在朝向所述導電層的一側具有第一區域和第二區域，所述第一區域相對於所述第二區域凹陷，所述第一區域中容納有第一絕緣層，所述第二區域上設置有第二絕緣層，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層具有不同的導熱率。
[0005]本發明的構思在於，在同一電路板上設置導熱率不同的區域，由此可以有針對性地承載各種電子器件，特別是對溫度敏感的器件或在工作時產熱的器件。在電路板的同一偵牝由於第一絕緣層以「體」的形式容納在凹陷的第一區域中，而第二絕緣層以「面」的形式設置在第二區域上，根據本發明的電路板因此包括兩個部段，它們的導熱率在垂直於第一和/或第二絕緣層的方向上差別較大，其中在具有第一絕緣層的第一部段中，必須取決於第一絕緣層和基底的導熱率來計算該部段的導熱率；而在具有第二絕緣層的第二部段中，第二絕緣層的導熱率相對於第一絕緣層而言，較小地影響該部段中的導熱率。這種結構簡單的電路板特別適合用於承載大功率的電子器件。
[0006]根據本發明的一個優選的設計方案，所述第一絕緣層具有比所述第二絕緣層高的導熱率。由此可以使待散熱的電子器件和第一絕緣層熱接觸，以便主要藉助於高導熱率的第一絕緣層進行散熱。[0007]根據本發明的一個優選的設計方案，所述基底由金屬製成。由於金屬具有高導熱率、高硬度的特點，因此特別適合用作電路板的基底。此外由於在導電層和基底之間分別設置了第一和第二絕緣層，因此也不會由於基底的金屬性而影響整個電路板的導電功能。該金屬基底的導熱率可以達到140-398K/ (W*m)。在此基底可以優選地採用以下材料中的一種製成:招、招合金和銅。
[0008]根據本發明的一個優選的設計方案，第一絕緣層為陶瓷絕緣層。陶瓷絕緣層例如可以具有20-39K/ (W*m)的導熱率。優選地，第一絕緣層由Al2O3製成。第一絕緣層也可以由AlN製成，由此可以使陶瓷絕緣層例如可以具有150-180K/ (W*m)的導熱率。
[0009]根據本發明的另一個優選的設計方案，所述第二絕緣層為聚合物絕緣層。該聚合物絕緣層的導熱率通常小於3K/ (W*m)。
[0010]根據本發明的一個優選的設計方案，所述第一區域的內壁和所述第一絕緣層之間設置有接合層，以將所述基底和所述第一絕緣層固定連接。基底和第一絕緣層分別由不同材料製成，而且硬度都比較高，因此必須藉助於附加的結合層將兩者牢固連接在一起。
[0011]根據本發明的一個優選的設計方案，所述接合層包括分別設置在所述內壁和所述第一絕緣層的、與所述內壁相對應的外壁上的焊盤以及連接所述焊盤的焊料。例如當基底由金屬材料製成、第一絕緣層設計為陶瓷體時，陶瓷體需要被固定在例如限定出為矩形凹槽的第一區域中。陶瓷體朝向矩形凹槽的各個表面上以及矩形凹槽的各個表面上分別預設有焊盤，藉助於焊料可以將相對設置的焊盤焊接在一起，並進而將基底和作為陶瓷體的第一絕緣層焊接在一起。
[0012]根據本發明的另一個優選的設計方案，所述第二區域設計為平坦的。第二區域可以是基底的頂面，其作為邊緣區域限定出凹陷的第一區域。
[0013]根據本發明的另一個優選的設計方案，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層的表面處於同一水平面上。由此可以確保設置在第一和第二絕緣層上的導電層具有平坦的走勢，可以牢固地承載待安裝的電子器件。
[0014]根據本發明的一個優選的設計方案，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層利用焊料固定連接。在平行於導電層的方向上，通過焊接確保了第一絕緣層和第二絕緣層之間的固定連接，因此可以簡單安全地在第一和第二絕緣層的表面上設置導電層。優選地，所述導電層設計為印刷電路層。
[0015]根據本發明的一個優選的設計方案，所述導電層包括設置在第一絕緣層上的第一導電層和設置在所述第二絕緣層上的第二導電層。例如在第一絕緣層導熱率高於第二絕緣層的情況下，可以將工作時產生熱量的電子器件完全固定在第一導電層上並與其電連接，以便有效地進行散熱。
[0016]根據本發明的一個優選的設計方案，所述第一和第二導電層彼此間隔開，並以導線連接，所述第一和第二導電層中的任兩個彼此間隔開。由於第一和第二絕緣層之間利用焊料進行連接，因此特別地在該連接區域上避免設置導電層，以避免短路等情況發生。
[0017]根據本發明的一個優選的設計方案，所述第一導電層包括至少兩個電連接區域和熱連接區域，其中所述至少兩個電連接區域和熱連接區域中的任兩個彼此間隔開。通常設置在電子器件正下方的熱連接區域可以將電子器件產生的熱量直接傳遞給高導熱率的第一絕緣層。而兩個與熱連接區域間隔開設置的電連接區域可以分別於電子器件的引腳電連接和固定連接。
[0018]此外本發明還涉及一種電子模塊，包括至少一個電子器件，其特徵在於，還包括上述電路板，用於承載所述電子器件。
[0019]根據本發明的一個優選的設計方案，所述電子器件具有至少兩個導電部和導熱部，所述至少兩個導電部分別和所述電連接區域連接，並且所述導熱部和熱連接區域連接。由此可以確保電子器件在和電路板上的電連接區域電連接的同時，還可以將電子器件在工作時產生的熱量通過導熱部傳遞到電路板的熱連接區域上，用於進行高效的散熱。
[0020]此外本發明還涉及一種照明裝置，其特徵在於，包括上述電子模塊，其中所述電子器件包括用作光源的LED晶片。通過在照明裝置中安裝根據本發明的電路板，可以對高功率的LED晶片以及其他電子器件進行散熱，由此延長整個照明裝置的使用壽命。
[0021]本發明的另一個目的在於，提出一種製造上述電路板的方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0022]a)提供基底，在所述基底的一側上具有第一區域和第二區域，其中所述第一區域相對於所述第二區域凹陷；
[0023]b)提供導熱率不同的第一絕緣層和第二絕緣層，其中將所述第二絕緣層設置在所述第二區域上；
[0024]c)將所述第一絕緣層設置在所述第一區域上。
[0025]在該方法中，特別需要在金屬制的基底的一個表面上開設凹槽，作為第一區域，用於容納第一絕緣層，並且在相對於凹槽平坦的剩餘表面上、即第二區域上設置第二絕緣層，其中第一絕緣層和第二絕緣層的導熱率不同。
[0026]根據本發明的一個優選的設計方案，在步驟c)之前還具有步驟:d)在所述第一絕緣層和所述第二絕緣層上分別設置導電層。在實際製造中，可以在單獨的塊狀第一絕緣層上設置導電層，並且同時在設置在第二區域上的第二絕緣層上設置與其對應的導電層。
[0027]通過這種方法製造的電路板具有可以對安裝在其上的電子器件高效迅速地進行有針對性的散熱，並且電路板自身還具有高硬度的優點，特別適用於承載高功率的電子器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]附圖構成本說明書的一部分，用於幫助進一步理解本發明。這些附圖圖解了本發明的實施例，並與說明書一起用來說明本發明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表示。圖中示出:
[0029]圖1示出了根據本發明的電子模塊的第一實施例的剖面圖，其中包括根據本發明的電路板；
[0030]圖2a_2h示出了製造根據本發明的電路板和電子模塊流程圖。
【具體實施方式】
[0031]在下面詳細描述中，參考形成本說明書的一部分的附圖，其中，以例證的方式示出了可以實施本發明的具體實施例。關於圖，諸如「頂」、「底」、「內」、「外」等方向性術語參考所描述的附圖的方向使用。由於本發明實施例的組件可以在許多不同方向上放置，所以方向術語僅用於說明，而沒有任何限制的意思。應該理解的是，可以使用其它實施例，並且在不背離本發明的範圍的前提下可以進行結構或邏輯改變。所以，下面詳細描述不應被理解為限制性的意思，並且本發明由所附的權利要求限定。
[0032]應該理解的是，如果沒有其它特別註明，這裡描述的不同的示例性實施例的特徵可以彼此結合。
[0033]圖1示出了根據本發明的電子模塊的第一實施例的剖面圖，其中包括根據本發明的電路板。在電子模塊200中用於承載電子器件201的電路板100針對待散熱的電子器件201設計具有局部熱阻較小的導熱路徑。具體而言，電路板100包括金屬制的基底I和設計為印刷電路層的導電層2，並且在基底I朝嚮導電層2 —側的表面上包括第一區域3和第二區域4，其中第一區域3相對於第二區域4凹陷，限定出例如矩形的凹槽。在第一區域
3中設置有例如導熱率較高的塊狀第一絕緣層5，並且在第二區域4上設置有層狀的第二絕緣層6。由此構成的電路板100在垂直於截面的方向上具有不同的熱阻:在具有由陶瓷製成的第一絕緣層5的第一部段BI中熱阻較小，在具有由聚合物製成的第二絕緣層6的第二部段B2中熱阻較大。
[0034]為了確保電子模塊200具有良好的散熱效果，因此將在工作時產生熱量的電子器件201固定在電路板100的第一部段BI上，電子器件201產生的熱量沿著熱阻較小的導熱路徑「導熱部203-熱連接區域12-第一絕緣層5-基底I」進行傳遞。
[0035]高導熱率的塊狀陶瓷體作為第一絕緣層5固定在第一區域3上，從圖1示出的剖面圖中可以看出，截面為矩形的第一絕緣層5、即陶瓷體形狀匹配地容納在第一區域3限定出的矩形凹槽中。由於第一絕緣層5和基底I分別由不同的硬質材料製成，因此必須在陶瓷體的外壁F2和矩形凹槽的朝向外壁F2的內壁Fl之間附加地設置結合層，用於將重量以及體積較大的第一絕緣層5固定在第一區域3上、即固定在基底I中。
[0036]結合層包括預先分別設置在內壁Fl和外壁F2上的焊盤7'(圖中未示出)以及焊料7。在此可以選擇導電銀膏作為焊料7，非固態的焊料7被灌注在陶瓷體和矩形凹槽之間的縫隙中，在固化後將外壁F2和內壁Fl上焊盤7'焊接在一起。以這種方式，可以使陶瓷體牢固地嵌入矩形凹槽中，並和基底I連接成一體。此外，焊料7也將第一絕緣層5和第二絕緣層6連接在一起。
[0037]設計為印刷電路層的導電層2包括設置在第一絕緣層5上的第一導電層8和設置在第二絕緣層6上的第二導電層9。由於第一和第二絕緣層5，6之間通過金屬焊料7連接，因此為了防止短路，在該連接區域上並不設置導電層2，而是僅僅以導線10將第一導電層8和第二導電層9電連接。例如通過焊接的方式固定在第一導電層8上的電子器件201—方面利用至少兩個設計為引腳的導電部和第一導電層8的至少兩個電連接區域11電連接，另一方面利用位於電子器件201正下方的導熱部和第一導電層8的一個熱連接區域12熱連接。相應於電子器件201的設計，至少兩個電連接區域11和一個熱連接區域12彼此間隔設置。
[0038]第一絕緣層5在本實施例中是例如由Al2O3或AlN製成的陶瓷導熱層。這種絕緣層通常具有20-39K/ (ff*m)或150-180K/ (ff*m)的導熱率，因此其除了具有良好的電絕緣能力以外，還可以用於進行熱傳遞。第二絕緣層6在本實施例中是聚合物絕緣層，其導熱率通常小於3K/ (W*m)。這種絕緣層的電絕緣能力良好，但是基本上很難用於導熱。[0039]在本實施例中，第一絕緣層5和第二絕緣層6上的朝嚮導電層2的表面處於同一水平面，由此可以構成完全覆蓋金屬基底I的上表面的平坦的絕緣層。
[0040]在一個未示出的實施例中，第一區域3和對應的第一絕緣層5也可以具有其他結構，例如盆形、圓柱形等。
[0041]圖2a_2h示出了製造根據本發明的電路板和電子模塊的方法的流程圖，其中圖2a_2g示出了製造根據本發明的電路板的流程圖。圖2a_2d示出的步驟可以在圖2e_2f示出的步驟之前、之後或同時實現。首先在圖2a中提供具有剖面例如為矩形凹槽的金屬基底1，可以經過利用銑削加工將基底I的第一區域3加工成剖面為矩形的凹槽。在圖2b中採用例如厚膜電路工藝在凹槽的內壁Fl上製造焊盤7'。在圖2c中，例如以真空壓合的方式將由聚合物構成的第二絕緣層6固定在第二區域4上。隨後在在第二絕緣層6上設置導電層2，這在圖2d中示出。
[0042]在時間上和上述步驟無關的是對第一絕緣層3進行加工的過程，如圖2e至2f所示。首先提供可以容納在第一區域3中的第一絕緣層5，其具有塊狀輪廓，例如由陶瓷製成。在該陶瓷塊的上表面上設置導電層2，隨後相應於圖2b中示出的步驟，在陶瓷塊的其餘表面上、即用於焊接的外壁F2上設置焊盤7,。
[0043]在圖2g中示出了分別具有塊狀的第一絕緣層5和第二絕緣層6的電路板100。在內壁Fl和外壁F2之間灌注焊料7，固化後的焊料7和分別設置在基底I和第一絕緣層5上的焊盤7'構成結合層，用於確保第一絕緣層固定在基底I中，並且和第二絕緣層6彼此連接。
[0044]如在圖2h中所示，可以將電子器件201安`裝在根據本發明的電路板100上，其中電子器件201安裝在位於第一絕緣層5上的導電層2上、即第一導電層8上。電子器件201的兩個導電部202分別和第一導電層8上的兩個電連接區域11連接，電子器件201的導熱部203和第一導電層8上的熱連接區域12連接。為了避免出現例如短路等情況，在各個電連接區域11和熱連接區域12之間設置有間隙，並且在設置在第二絕緣層6上的第二導電層9和第一導電層8之間也具有間隙。藉助於導線10將第一導電層8和第二導電層9電連接。
[0045]另外，儘管僅相對於多種實施方式中的一種公開了本發明的實施例的特定特徵或方面，但是如任何給定或特定應用所要求的，這些特徵或方面可以與其它實施方式的一個或多個其它特徵或方面進行結合。此外，就【具體實施方式】或權利要求中所使用的術語「包括(include)」^具有(have)」、「帶有(with)」、以及它們的其它變體，這些術語旨在以類似於術語「包含(comprise)」的方式被包含。
[0046]以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
[0047]參考標號
[0048]I 基底
[0049]2導電層
[0050]3第一區域
[0051]4第二區域[0052]5第一絕緣層
[0053]6第二絕緣層
[0054]7 焊料
[0055]T 焊盤
[0056]8第一導電層
[0057]9第二導電層
[0058]10 導線
[0059]11電連接區域
[0060]12熱連接區域
[0061]100電路板
[0062]200電子模塊
[0063]201電子器件
[0064]202導電部
[0065]203導熱部
[0066]BI第一部段
[0067]B2第二部段
[0068]Fl 內壁
[0069]F2 外壁。
【權利要求】
1.一種電路板(100)，包括基底(I)和導電層(2)，其特徵在於，所述基底(I)在朝向所述導電層(2)的一側具有第一區域(3)和第二區域(4)，所述第一區域(3)相對於所述第二區域(4)凹陷，所述第一區域(3)中容納有第一絕緣層(5)，所述第二區域(4)上設置有第二絕緣層(6 )，所述第一絕緣層(5 )和所述第二絕緣層(6 )具有不同的導熱率。
2.根據權利要求1所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一絕緣層(5)具有比所述第二絕緣層(6)高的導熱率。
3.根據權利要求1或2所述的電路板(100)，其特徵在於，所述基底(I)由金屬製成。
4.根據權利要求3所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一絕緣層(5)為陶瓷絕緣層。
5.根據權利要求4所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第二絕緣層(6)為聚合物絕緣層。
6.根據權利要求3所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一區域(3)的內壁(Fl)和所述第一絕緣層(5)之間設置有接合層，以將所述基底(I)和所述第一絕緣層(5)固定連接。
7.根據權利要求6所述的電路板(100)，其特徵在於，所述接合層包括分別設置在所述內壁(Fl)和所述第一絕緣層(5)的、與所述內壁(Fl)相對應的外壁(F2)上的焊盤(7')以及連接所述焊盤(7')的焊料(7)。
8.根據權利要求1或2所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第二區域(4)設計為平坦的。
9.根據權利要求8所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一絕緣層(5)和所述第二絕緣層(6)的表面處於同一水平面上。
10.根據權利要求8所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一絕緣層(5)和所述第二絕緣層(6 )利用焊料(7 )固定連接。
11.根據權利要求3所述的電路板(100)，其特徵在於，所述基底(I)由以下材料中任一種製成:招、招合金、銅。
12.根據權利要求1或2所述的電路板(100)，其特徵在於，所述導電層(2)設計為印刷電路層。
13.根據權利要求1或2所述的電路板(100)，其特徵在於，所述導電層(2)包括設置在第一絕緣層(5)上的第一導電層(8)和設置在所述第二絕緣層(6)上的第二導電層(9)。
14.根據權利要求13所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一和第二導電層(8，9)彼此間隔開，並以導線(10)連接，所述第一和第二導電層(8，9)中的任兩個彼此間隔開。
15.根據權利要求14所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一導電層(8)包括至少兩個電連接區域(11)和熱連接區域(12)，其中所述至少兩個電連接區域(11)和熱連接區域(12)中的任兩個彼此間隔開。
16.一種電子模塊(200)，包括至少一個電子器件(201)，其特徵在於，還包括根據權利要求1-15中任一項所述的電路板(100)，用於承載所述電子器件(201)。
17.根據權利要求16所述的電子模塊(200)，其特徵在於，所述電子器件(201)具有至少兩個導電部(202)和導熱部(203)，所述至少兩個導電部(202)分別和所述電連接區域(11)連接，並且所述導熱部(203)和所述熱連接區域(12)連接。
18.—種照明裝置，其特徵在於，包括根據權利要求16或17所述的電子模塊(200)，其中所述電子器件(201)包括用作光源的LED晶片。
19.一種製造根據權利要求1-15中任一項所述的電路板(100)的方法，其特徵在於包括以下步驟: a)提供基底(1)，在所述基底(I)的一側上具有第一區域(3)和第二區域(4)，其中所述第一區域(3)相對於所述第二區域(4)凹陷； b)提供導熱率不同的第一絕緣層(5)和第二絕緣層(6)，其中將所述第二絕緣層(6)設置在所述第二區域(4)上； c)將所述第一絕緣層(5)設置在所述第一區域(3)上。20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，在所述步驟c)之前還具有步驟: d)在所述第一絕緣層(5)和 所述第二絕緣層(6)上分別設置導電層(2)。
【文檔編號】H05K1/02GK103517542SQ201210199466
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月14日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】楊江輝, 鍾傳鵬, 李皓, 陳小棉 申請人:歐司朗股份有限公司