電路板、電子模塊和照明裝置以及制造該電路板的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電路板（100），包括基底（1）和導(dǎo)電層（3），其特征在于，所述基底（1）在朝向所述導(dǎo)電層（3）一側(cè)的表面上具有第一區(qū)域（R1）和第二區(qū)域（R2），所述第一區(qū)域（R1）上設(shè)置有第一絕緣層（2.1），所述第二區(qū)域（R2）上設(shè)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(dǎo)熱率。此外本發(fā)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(fā)明還涉及一種制造該電路板的方法。
【專利說明】電路板、電子模塊和照明裝置以及制造該電路板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(fā)明還涉及一種制造該電路板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代的照明裝置中、特別是大功率的LED照明裝置中，電路板的熱阻占據(jù)了照明裝置總熱阻的絕大部分。以傳統(tǒng)的以金屬為基底的電路板(MCPCB)為例，可以被視為熱源的LED芯片在工作時產(chǎn)生的熱量必須分別經(jīng)過依次設(shè)置在金屬基底、例如鋁制基底的表面上的導(dǎo)電層和絕緣層才能傳遞給基底。由于絕緣層通常由聚合物制成，因此其導(dǎo)熱率非常低。這導(dǎo)致在LED芯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芯片在工作時產(chǎn)生的熱量盡管只經(jīng)過設(shè)置在陶瓷基底的表面上的導(dǎo)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(dǎo)熱率相對于例如由鋁制的金屬基底而言比較低，因此導(dǎo)致整個照明裝置仍具有較高的熱阻。并且這種以陶瓷為基礎(chǔ)的電路板還容易斷裂或被折損，并且具有較大的自重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此本發(fā)明的一個目的在于，提出一種電路板，該電路板制造簡單、成本低廉、重量較輕，并且具有低熱阻的優(yōu)點。安裝在這種電路板中的電子器件在工作時產(chǎn)生的熱量可以被迅速地導(dǎo)出到外界環(huán)境中，以實現(xiàn)良好的散熱效果。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的電路板，包括基底和導(dǎo)電層，其特征在于，所述基底在朝向所述導(dǎo)電層一側(cè)的表面上具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域上設(shè)置有第一絕緣層，所述第二區(qū)域上設(shè)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(dǎo)熱率。通過選擇導(dǎo)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(qū)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(dǎo)熱路徑。這種結(jié)構(gòu)簡單的電路板特別適合用于承載大功率的電子器件。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，第一絕緣層具有比第二絕緣層高的導(dǎo)熱率。由此可以使待散熱的電子器件和第一絕緣層熱接觸，以便主要借助于高導(dǎo)熱率的第一絕緣層進行散熱。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，所述基底由金屬制成。由于金屬具有高導(dǎo)熱率、高硬度的特點，因此特別適合用作電路板的基底。此外由于在導(dǎo)電層和基底之間分別設(shè)置了第一和第二絕緣層，因此也不會由于基底的金屬性而影響整個電路板的導(dǎo)電功能。該金屬基底的導(dǎo)熱率可以達到140-398K/ (W*m)。在此基底可以優(yōu)選地采用以下材料中的一種制成:招、招合金和銅。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)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(dǎo)熱率。優(yōu)選地，第一絕緣層由Al2O3制成。第一絕緣層也可以由AlN制成，由此可以使陶瓷絕緣層例如可以具有150-180K/ (W*m)的導(dǎo)熱率。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的設(shè)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(dǎo)熱率通常小于3K/ (W*m)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的設(shè)計方案，所述導(dǎo)電層包括至少兩個第一連接區(qū)域以及第二連接區(qū)域，所述第一、第二連接區(qū)域中的任兩個連接區(qū)域彼此間隔開。導(dǎo)電層通常是印刷電路層，其中的兩個第一連接區(qū)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(qū)域彼此分離地設(shè)計，并且優(yōu)選地也和第二連接區(qū)域間隔開。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，所述第二連接區(qū)域設(shè)置在第一絕緣層上方，并且所述第一連接區(qū)域設(shè)置在第二絕緣層上方。由于第一連接區(qū)域主要用于和電子器件電連接，因此優(yōu)選地將其設(shè)置在導(dǎo)熱率相對較小的第二絕緣層上方；而第二連接區(qū)域設(shè)計用于和產(chǎn)生熱量的電子器件熱接觸，因此優(yōu)選地將其設(shè)置在導(dǎo)熱率相對較大的第一絕緣層上方。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，所述第二連接區(qū)域至少部分地覆蓋第一絕緣層的表面。由此使得也具有導(dǎo)熱特性的導(dǎo)電層盡可能大面積地和第一絕緣層接觸，以便將大量的熱量經(jīng)過第一絕緣層傳遞給基底。
[0012]此外本發(fā)明還涉及一種電子模塊，包括至少一個電子器件，其特征在于，還包括上述電路板，用于承載所述電子器件。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，所述電子器件具有第一導(dǎo)電部、第二導(dǎo)電部以及導(dǎo)熱部，所述第一導(dǎo)電部、第二導(dǎo)電部分別和第一連接區(qū)域連接，并且導(dǎo)熱部和第二連接區(qū)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(qū)域電連接的同時，還可以將電子器件在工作時產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱部域傳遞到電路板的第二連接區(qū)域上，用于進行高效的散熱。
[0014]此外本發(fā)明還涉及一種照明裝置，其特征在于，包括上述電子模塊，其中所述電子器件包括用作光源的LED芯片。通過在照明裝置中安裝根據(jù)本發(fā)明的電路板，可以對高功率的LED芯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(fā)明的另一個目的在于，提出一種制造上述電路板的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0016]a)提供基底，其中在所述基底在朝向所述導(dǎo)電層一側(cè)的表面上具有第一區(qū)域和第二區(qū)域；
[0017]b)在所述第一區(qū)域上設(shè)置第一絕緣層，在所述第二區(qū)域上設(shè)置第二絕緣層；
[0018]c)在所述第一、第二絕緣層上方設(shè)置所述導(dǎo)電層。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，在所述步驟b)中包括下列步驟:
[0020]bl)在所述第一區(qū)域和第二區(qū)域上完全覆蓋第二絕緣層；
[0021]b2)去除覆蓋在所述第一區(qū)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(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，所述第一絕緣層具有比第二絕緣層高的導(dǎo)熱率。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，在所述步驟b2)中利用激光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鉆孔。[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)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，所述陶瓷粉末位于所述凹腔中；
[0027]b3.2)利用激光熔覆工藝熔化所述陶瓷粉末；
[0028]b3.3)冷卻熔化狀態(tài)的所述陶瓷粉末以形成所述第一絕緣層。
[0029]由此可以使冷卻后的第一絕緣層分別和基底、凹腔的周壁牢固連接，并進而形成完整的、但導(dǎo)熱率不同的絕緣層。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，在所述步驟c)中，所述導(dǎo)電層包括至少兩個第一連接區(qū)域以及第二連接區(qū)域，其中所述第二連接區(qū)域設(shè)置在第一絕緣層上方，并且所述第一連接區(qū)域設(shè)置在第二絕緣層上方。
[0031]通過這種方法制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，并且電路板自身還具有高硬度的優(yōu)點，特別適用于承載高功率的電子器件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]附圖構(gòu)成本說明書的一部分，用于幫助進一步理解本發(fā)明。這些附圖圖解了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標(biāo)號表示。圖中示出:
[0033]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電子模塊的第一實施例的剖面圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明的電路板；
[0034]圖2a_2e示出了制造根據(jù)本發(fā)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(fā)明的具體實施例。關(guān)于圖，諸如“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等方向性術(shù)語參考所描述的附圖的方向使用。由于本發(fā)明實施例的組件可以在許多不同方向上放置，所以方向術(shù)語僅用于說明，而沒有任何限制的意思。應(yīng)該理解的是，可以使用其它實施例，并且在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可以進行結(jié)構(gòu)或邏輯改變。所以，下面詳細描述不應(yīng)被理解為限制性的意思，并且本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。
[0036]應(yīng)該理解的是，如果沒有其它特別注明，這里描述的不同的示例性實施例的特征可以彼此結(jié)合。
[0037]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電子模塊的第一實施例的剖面圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明的電路板。在電子模塊200中用于承載電子器件201的電路板100針對待散熱的電子器件201設(shè)計具有局部熱阻較小的導(dǎo)熱路徑。具體而言，電路板100包括金屬制的基底I和設(shè)計為印刷電路層的導(dǎo)電層3，并且在基底I朝向?qū)щ妼? —側(cè)的表面上設(shè)置有導(dǎo)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(chǎn)生的熱量經(jīng)過可以同時進行導(dǎo)熱的導(dǎo)電層3傳遞給第一絕緣層2.1和第二絕緣層2.2，并且主要經(jīng)過導(dǎo)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(qū)域Rl上設(shè)置第一絕緣層2.1，而在第二區(qū)域R2上設(shè)置第二絕緣層2.2。第一區(qū)域Rl對應(yīng)于電子器件201的、和導(dǎo)電層3的第二連接區(qū)域R4連接的導(dǎo)熱部203，而電子器件201的導(dǎo)電部202用于和導(dǎo)電層3的第一連接區(qū)域R3電連接，并對應(yīng)于基底I上的第二區(qū)域R2。第一和第二連接區(qū)域R3，R4可以利用焊料分別和導(dǎo)電部202和導(dǎo)熱部203固定連接，在此，兩個彼此分離設(shè)置的第一連接區(qū)域R3可以是電子器件201的正負極引腳。而在圖1中位于電子器件201下方的第一絕緣層2.1作為導(dǎo)熱層將電子器件201工作時產(chǎn)生的熱量從第二連接區(qū)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制成的陶瓷導(dǎo)熱層。這種絕緣層通常具有20-39K/ (ff*m)或150-180K/ (ff*m)的導(dǎo)熱率，因此其除了具有良好的電絕緣能力以外，還可以用于進行熱傳遞。第二絕緣層2.2在本實施例中是聚合物絕緣層，其導(dǎo)熱率通常小于3K/ (W*m)。這種絕緣層的電絕緣能力良好，但是基本上很難用于導(dǎo)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(gòu)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(dǎo)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(yīng)的，構(gòu)成導(dǎo)電層3的第一連接區(qū)域R3和第二連接區(qū)域R4也優(yōu)選地具有不同的厚度，用于匹配于相應(yīng)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(wěn)地固定在電路板100上。
[0042]圖2a_2e示出了制造根據(jù)本發(fā)明的電路板和電子模塊的方法的流程圖。首先在圖2a中例如由鋁制成的金屬基板I的整個表面上設(shè)置第二絕緣層2.2。然后在圖2b中例如采用打磨或鉆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(qū)域Rl上的第二絕緣層2.2，因此形成相對于剩余的第二絕緣層2.2凹陷的區(qū)域。隨后在圖2c中可以在由此形成的凹陷區(qū)域中設(shè)置第一絕緣層2.1。可以優(yōu)選地采用激光熱熔陶瓷粉的方式來制造第一絕緣層2.1，以便使其和第二絕緣層2.2以及基底I的第一區(qū)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(shè)置導(dǎo)電層3。其中導(dǎo)電層3的第二連接區(qū)域R4覆蓋第一絕緣層2.1，導(dǎo)電層3的兩個第一連接區(qū)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，并且第二連接區(qū)域R4位于兩個第一連接區(qū)域R3之間，并且彼此間具有間距。由此可以形成根據(jù)本發(fā)明的電路板100。
[0044]隨后在圖2e中可以在電路板100上安裝電子器件201，以形成根據(jù)本發(fā)明的電子模塊200。電子器件201在朝向電路板100的一側(cè)具有兩個設(shè)計為正負電引腳的導(dǎo)電部202和一個位于導(dǎo)電部202之間的導(dǎo)熱部203。利用焊膏可以將分別將兩個導(dǎo)電部202和電路板100上的第一連接區(qū)域R3連接，并且將導(dǎo)熱部203和第二連接區(qū)域R4連接。
[0045]另外，盡管僅相對于多種實施方式中的一種公開了本發(fā)明的實施例的特定特征或方面，但是如任何給定或特定應(yīng)用所要求的，這些特征或方面可以與其它實施方式的一個或多個其它特征或方面進行結(jié)合。此外，就【具體實施方式】或權(quán)利要求中所使用的術(shù)語“包括(include)”^具有(have)”、“帶有(with)”、以及它們的其它變體，這些術(shù)語旨在以類似于術(shù)語“包含(comprise)”的方式被包含。
[0046]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。[0047]參考標(biāo)號
[0048]I基底
[0049]2.1第一絕緣層
[0050]2.2第二絕緣層
[0051]3導(dǎo)電層
[0052]100電路板
[0053]200電子模塊
[0054]201電子器件
[0055]202導(dǎo)電部
[0056]203導(dǎo)熱部
[0057]Rl第一區(qū)域
[0058]R2第二區(qū)域
[0059]R3第一連接區(qū)域
[0060]R4第二連接區(qū)`域`
【權(quán)利要求】
1.一種電路板(100)，包括基底(I)和導(dǎo)電層(3)，其特征在于，所述基底(I)在朝向所述導(dǎo)電層(3)—側(cè)的表面上具有第一區(qū)域(Rl)和第二區(qū)域(R2)，所述第一區(qū)域(Rl)上設(shè)置有第一絕緣層(2.1)，所述第二區(qū)域(R2)上設(shè)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(dǎo)熱率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路板(100)，其特征在于，所述第一絕緣層(2.1)具有比所述第二絕緣層(2.2)高的導(dǎo)熱率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路板(100)，其特征在于，所述基底(I)由金屬制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路板(100)，其特征在于，所述第一絕緣層(2.1)為陶瓷絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路板(100)，其特征在于，所述陶瓷絕緣層的導(dǎo)熱率為20-39K/ (W*m)或 150-180K/ (W*m)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路板(100)，其特征在于，所述第一絕緣層(2.1)由Al2O3或AlN制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路板(100)，其特征在于，所述第二絕緣層(2.2)為聚合物絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路板(100)，其特征在于，所述基底(I)的導(dǎo)熱率為140-398K/ (W^m)0
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路板(100)，其特征在于，所述基底(I)由以下材料中的一種制成:招、招合金和銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路板(100)，其特征在于，所述導(dǎo)電層(3)包括至少兩個第一連接區(qū)域(R3)以及第二連接區(qū)域(R4)，所述第一、第二連接區(qū)域(R3，R4)中的任兩個連接區(qū)域彼此間隔開。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路板(100)，其特征在于，所述第二連接區(qū)域(R4)設(shè)置在第一絕緣層(2.1)上方，并且所述第一連接區(qū)域(R3)設(shè)置在第二絕緣層(2.2)上方。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路板(100)，其特征在于，所述第二連接區(qū)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)，其特征在于，還包括根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的電路板(100)，用于承載所述電子器件(201)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子模塊(200)，其特征在于，所述電子器件(201)具有多個導(dǎo)電部(202)和導(dǎo)熱部(203)，所述導(dǎo)電部(202)分別和第一連接區(qū)域(R3)連接，并且所述導(dǎo)熱部(203)和第二連接區(qū)域(R4)連接。
15.一種照明裝置，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)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芯片。
16.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的電路板(100)的方法，其特征在于包括以下步驟: a)提供基底(1)，其中在所述基底(I)在朝向所述導(dǎo)電層(3)—側(cè)的表面上具有第一區(qū)域(Rl)和第二區(qū)域(R2)； b)在所述第一區(qū)域(Rl)上設(shè)置第一絕緣層(2.1)，在所述第二區(qū)域(R2)上設(shè)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(shè)置所述導(dǎo)電層(3)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步驟b)中包括下列步驟: bl)在所述第一區(qū)域(Rl)和第二區(qū)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(qū)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(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述第一絕緣層(2.1)具有比第二絕緣層(2.2)高的導(dǎo)熱率。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步驟b2)中利用激光處理工藝或機械方式去除所述第二絕緣層(2.2)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在所述步驟b3)中還包括以下步驟: b3.1)提供陶瓷粉末，所述陶瓷粉末位于所述凹腔(A)中； b3.2)利用激光熔覆工藝熔化所述陶瓷粉末； b3.3)冷卻熔化狀態(tài)的所述陶瓷粉末以形成所述第一絕緣層(2.1)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述步驟c)中，所述導(dǎo)電層(3)包括至少兩個第一連接區(qū)域(R3)以及第二連接區(qū)域(R4)，其中所述第二連接區(qū)域(R4)設(shè)置在第一絕緣層(2.1)上方，并且所述第一`連接區(qū)域(R3)設(shè)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(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】楊江輝, 陳鵬, 李皓, 陳小棉 申請人:歐司朗股份有限公司