電路板、電子模塊和照明裝置以及製造該電路板的方法
2023-06-15 03:54:21
電路板、電子模塊和照明裝置以及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（3），其特徵在於，所述基底（1）在朝向所述導電層（3）一側的表面上具有第一區域（R1）和第二區域（R2），所述第一區域（R1）上設置有第一絕緣層（2.1），所述第二區域（R2）上設置有第二絕緣層（2.2），所述第一絕緣層（2.1）和所述第二絕緣層（2.2）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、電子模塊和照明裝置以及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一側的表面上具有第一區域和第二區域，所述第一區域上設置有第一絕緣層，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。通過選擇導熱率不同的絕緣層覆蓋基底，可以有針對性地減小電路板局部區域的熱阻，由此可以在不影響安裝在電路板上的電子器件和電路板電連接的前提下，為電子器件提供高效迅速的導熱路徑。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。
[0005]根據本發明的一個優選的設計方案，第一絕緣層具有比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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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)。
[0009]根據本發明的另一個優選的設計方案，所述導電層包括至少兩個第一連接區域以及第二連接區域，所述第一、第二連接區域中的任兩個連接區域彼此間隔開。導電層通常是印刷電路層，其中的兩個第一連接區域例如可以分別電連接電子器件的正負極引腳，由此需要將這兩個第一連接區域彼此分離地設計，並且優選地也和第二連接區域間隔開。
[0010]根據本發明的一個優選的設計方案，所述第二連接區域設置在第一絕緣層上方，並且所述第一連接區域設置在第二絕緣層上方。由於第一連接區域主要用於和電子器件電連接，因此優選地將其設置在導熱率相對較小的第二絕緣層上方；而第二連接區域設計用於和產生熱量的電子器件熱接觸，因此優選地將其設置在導熱率相對較大的第一絕緣層上方。
[0011]根據本發明的一個優選的設計方案，所述第二連接區域至少部分地覆蓋第一絕緣層的表面。由此使得也具有導熱特性的導電層儘可能大面積地和第一絕緣層接觸，以便將大量的熱量經過第一絕緣層傳遞給基底。
[0012]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。
[0013]根據本發明的一個優選的設計方案，所述電子器件具有第一導電部、第二導電部以及導熱部，所述第一導電部、第二導電部分別和第一連接區域連接，並且導熱部和第二連接區域連接。由此可以確保電子器件在和電路板上的第一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域傳遞到電路板的第二連接區域上，用於進行高效的散熱。
[0014]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。
[0015]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:
[0016]a)提供基底，其中在所述基底在朝向所述導電層一側的表面上具有第一區域和第二區域；
[0017]b)在所述第一區域上設置第一絕緣層，在所述第二區域上設置第二絕緣層；
[0018]c)在所述第一、第二絕緣層上方設置所述導電層。
[0019]根據本發明的一個優選的設計方案，在所述步驟b)中包括下列步驟:
[0020]bl)在所述第一區域和第二區域上完全覆蓋第二絕緣層；
[0021]b2)去除覆蓋在所述第一區域上的所述第二絕緣層，形成凹腔；
[0022]b3)在所述凹腔中填充所述第一絕緣層。
[0023]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第二絕緣層高的導熱率。
[0024]根據本發明的一個優選的設計方案，在所述步驟b2)中利用雷射處理工藝或機械方式去除所述第二絕緣層。類似的加工方式還有打磨或鑽孔。[0025]根據本發明的一個優選的設計方案，在所述步驟b3)中還包括以下步驟:
[0026]b3.1)提供陶瓷粉末，所述陶瓷粉末位於所述凹腔中；
[0027]b3.2)利用雷射熔覆工藝熔化所述陶瓷粉末；
[0028]b3.3)冷卻熔化狀態的所述陶瓷粉末以形成所述第一絕緣層。
[0029]由此可以使冷卻後的第一絕緣層分別和基底、凹腔的周壁牢固連接，並進而形成完整的、但導熱率不同的絕緣層。
[0030]根據本發明的一個優選的設計方案，在所述步驟c)中，所述導電層包括至少兩個第一連接區域以及第二連接區域，其中所述第二連接區域設置在第一絕緣層上方，並且所述第一連接區域設置在第二絕緣層上方。
[0031]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】
[0032]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:
[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；
[0034]圖2a_2e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】
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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3，並且在基底I朝嚮導電層3 —側的表面上設置有導熱率不同的第一絕緣層2.1和第二絕緣層2.2。由此可以將電子器件201產生的熱量經過可以同時進行導熱的導電層3傳遞給第一絕緣層2.1和第二絕緣層2.2，並且主要經過導熱率相對較高的第一絕緣層2.1進一步將熱量傳遞給高熱阻的金屬基底I。
[0038]為了在確保電子器件201正常工作的情況下對其進行有效的散熱，特別在基底I上的第一區域Rl上設置第一絕緣層2.1，而在第二區域R2上設置第二絕緣層2.2。第一區域Rl對應於電子器件201的、和導電層3的第二連接區域R4連接的導熱部203，而電子器件201的導電部202用於和導電層3的第一連接區域R3電連接，並對應於基底I上的第二區域R2。第一和第二連接區域R3，R4可以利用焊料分別和導電部202和導熱部203固定連接，在此，兩個彼此分離設置的第一連接區域R3可以是電子器件201的正負極引腳。而在圖1中位於電子器件201下方的第一絕緣層2.1作為導熱層將電子器件201工作時產生的熱量從第二連接區域R4傳遞給基底1，以進行良好的散熱。
[0039]第一絕緣層2.1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2.2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。
[0040]在本實施例中，第一絕緣層2.1和第二絕緣層2.2具有相同的厚度，例如可以為76-200微米，由此可以構成完全覆蓋金屬基板I的上表面的平坦的絕緣層。部分地覆蓋在第二絕緣層2.2上的導電層3的厚度例如可以為35-70微米。
[0041]在一個未示出的實施例中，第一絕緣層2.1和第二絕緣層2.2也可以具有不同的厚度，與此相應的，構成導電層3的第一連接區域R3和第二連接區域R4也優選地具有不同的厚度，用於匹配於相應的第一絕緣層2.1和第二絕緣層2.2，以便使電子器件201可以平穩地固定在電路板100上。
[0042]圖2a_2e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。首先在圖2a中例如由鋁製成的金屬基板I的整個表面上設置第二絕緣層2.2。然後在圖2b中例如採用打磨或鑽孔等方式對第二絕緣層2.2進行加工，以便去除覆蓋在基板I的第一區域Rl上的第二絕緣層2.2，因此形成相對於剩餘的第二絕緣層2.2凹陷的區域。隨後在圖2c中可以在由此形成的凹陷區域中設置第一絕緣層2.1。可以優選地採用雷射熱熔陶瓷粉的方式來製造第一絕緣層2.1，以便使其和第二絕緣層2.2以及基底I的第一區域Rl固定連接。
[0043]接著在圖2d中在第 一絕緣層2.1和第二絕緣層2.2上設置導電層3。其中導電層3的第二連接區域R4覆蓋第一絕緣層2.1，導電層3的兩個第一連接區域R3部分地覆蓋在包圍第一絕緣層2.1布置的第二絕緣層2.2上，並且第二連接區域R4位於兩個第一連接區域R3之間，並且彼此間具有間距。由此可以形成根據本發明的電路板100。
[0044]隨後在圖2e中可以在電路板100上安裝電子器件201，以形成根據本發明的電子模塊200。電子器件201在朝向電路板100的一側具有兩個設計為正負電引腳的導電部202和一個位於導電部202之間的導熱部203。利用焊膏可以將分別將兩個導電部202和電路板100上的第一連接區域R3連接，並且將導熱部203和第二連接區域R4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]2.1第一絕緣層
[0050]2.2第二絕緣層
[0051]3導電層
[0052]100電路板
[0053]200電子模塊
[0054]201電子器件
[0055]202導電部
[0056]203導熱部
[0057]Rl第一區域
[0058]R2第二區域
[0059]R3第一連接區域
[0060]R4第二連接區`域`
【權利要求】
1.一種電路板(100)，包括基底(I)和導電層(3)，其特徵在於，所述基底(I)在朝向所述導電層(3)—側的表面上具有第一區域(Rl)和第二區域(R2)，所述第一區域(Rl)上設置有第一絕緣層(2.1)，所述第二區域(R2)上設置有第二絕緣層(2.2)，所述第一絕緣層(2.1)和所述第二絕緣層(2.2)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(2.1)具有比所述第二絕緣層(2.2)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1或2所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一絕緣層(2.1)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，所述陶瓷絕緣層的導熱率為20-39K/ (W*m)或 150-180K/ (W*m)。
6.根據權利要求4所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第一絕緣層(2.1)由Al2O3或AlN製成。
7.根據權利要求1或2所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第二絕緣層(2.2)為聚合物絕緣層。
8.根據權利要求3所述的電路板(100)，其特徵在於，所述基底(I)的導熱率為140-398K/ (W^m)0
9.根據權利要求3所述的電路板(100)，其特徵在於，所述基底(I)由以下材料中的一種製成:招、招合金和銅。
10.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(3)包括至少兩個第一連接區域(R3)以及第二連接區域(R4)，所述第一、第二連接區域(R3，R4)中的任兩個連接區域彼此間隔開。
11.根據權利要求10所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第二連接區域(R4)設置在第一絕緣層(2.1)上方，並且所述第一連接區域(R3)設置在第二絕緣層(2.2)上方。
12.根據權利要求11所述的電路板(100)，其特徵在於，所述第二連接區域(R4)至少部分覆蓋第一絕緣層(2.1)的表面。
13.一種電子模塊(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1-12中任一項所述的電路板(100)，用於承載所述電子器件(201)。
14.根據權利要求13所述的電子模塊(200)，其特徵在於，所述電子器件(201)具有多個導電部(202)和導熱部(203)，所述導電部(202)分別和第一連接區域(R3)連接，並且所述導熱部(203)和第二連接區域(R4)連接。
15.一種照明裝置，其特徵在於，包括根據權利要求13或14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。
16.一種製造根據權利要求1-12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)，其中在所述基底(I)在朝向所述導電層(3)—側的表面上具有第一區域(Rl)和第二區域(R2)； b)在所述第一區域(Rl)上設置第一絕緣層(2.1)，在所述第二區域(R2)上設置第二絕緣層(2.2)；C)在所述第一、第二絕緣層(2.1，2.2)上方設置所述導電層(3)。
17.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，在所述步驟b)中包括下列步驟: bl)在所述第一區域(Rl)和第二區域(R2)上完全覆蓋第二絕緣層(2.2)； b2)去除覆蓋在所述第一區域(Rl)上的所述第二絕緣層(2.2)，形成凹腔(A)； b3)在所述凹腔(A)中填充所述第一絕緣層(2.1)。
18.根據權利要求16或17所述的方法，其特徵在於，所述第一絕緣層(2.1)具有比第二絕緣層(2.2)高的導熱率。
19.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，在所述步驟b2)中利用雷射處理工藝或機械方式去除所述第二絕緣層(2.2)。
20.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，在所述步驟b3)中還包括以下步驟: b3.1)提供陶瓷粉末，所述陶瓷粉末位於所述凹腔(A)中； b3.2)利用雷射熔覆工藝熔化所述陶瓷粉末； b3.3)冷卻熔化狀態的所述陶瓷粉末以形成所述第一絕緣層(2.1)。
21.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，在所述步驟c)中，所述導電層(3)包括至少兩個第一連接區域(R3)以及第二連接區域(R4)，其中所述第二連接區域(R4)設置在第一絕緣層(2.1)上方，並且所述第一`連接區域(R3)設置在第二絕緣層(2.2)上方。
【文檔編號】F21V23/00GK103428992SQ201210152910
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年5月16日 優先權日:2012年5月16日
【發明者】楊江輝, 陳鵬, 李皓, 陳小棉 申請人:歐司朗股份有限公司