模內(nèi)電子印刷電路板封裝及組件的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng) 本申請(qǐng)根據(jù)35 USC § 119(e)要求2013年4月19日提交的、名稱為"模內(nèi)電子PCB電 路板封裝及組件"的美國臨時(shí)【申請(qǐng)?zhí)枴?1/813, 890的權(quán)益；該臨時(shí)申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引 用被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明大體上涉及電子器件并且更具體地涉及模內(nèi)電子印刷電路板封裝及組件。
【背景技術(shù)】
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)LED電燈泡和其它電子器件包含印刷電路板（PCB)和必須與用戶接觸電 隔離的其它電子部件。這些設(shè)備必須還具有足夠的熱管理以保持運(yùn)行溫度低于臨界值，以 延長使用壽命。這個(gè)領(lǐng)域的許多工作者已經(jīng)嘗試提供塑料材料、聚合物材料以幫助熱管理。
[0004] 授予McCullough等人的美國專利號(hào)7, 235, 918提供了適用于制造具有反光表面 的模制反射器物品的導(dǎo)熱聚合物組合物。所述組合物包含：a)按重量計(jì)大約20%-大約80% 的原料聚合物基體，比如聚碳酸酯；和b)按重量計(jì)大約20%-大約80%的導(dǎo)熱碳材料，比如 石墨。所述組合物據(jù)說在制造反射器物品比如汽車尾燈、前大燈及其它照明用固定裝置的 殼體中有用。McCullough等人還提供了一種用于制造反射器物品的方法。
[0005] 在美國公布的專利申請(qǐng)?zhí)?008/0287585中，Brown描述了用于基于化學(xué)和生物化 學(xué)的分析處理的導(dǎo)熱組合物和反應(yīng)管。所述組合物和反應(yīng)管包含至少一種塑料和至少一種 熱導(dǎo)率比所述至少一種塑料更高的化合物，從而使得到的組合物和管的熱導(dǎo)率與僅有所述 至少一種塑料時(shí)相比被提高。這樣的組合物和管據(jù)說在眾多熱傳遞應(yīng)用中能促進(jìn)快速的熱 傳遞。Brown的所述導(dǎo)熱組合物和反應(yīng)管據(jù)說尤其適用于在聚合酶鏈反應(yīng)（PCR)的熱循環(huán) 中容納反應(yīng)組分。
[0006] 歸于Maruyama等人名下的JP 2009-161582提供了導(dǎo)電聚碳酸酯樹脂組合物，其 據(jù)說具有卓越的防靜電性、電磁波屏蔽性能、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、及外觀。所述聚碳酸酯樹 脂組合物包含（A) 50-90 wt. %的聚碳酸酯樹脂和（B) 50-10 wt. %的石墨，其中在所述石墨 (B)中的硅的濃度E 1，000 ppm。
[0007] 在美國公布的專利申請(qǐng)?zhí)?010/0072416中，F(xiàn)ujioka等人描述了散熱樹脂組合 物，其據(jù)說可用于形成LED座的基底或者形成提供在LED座的所述基底上的反射器，并且 當(dāng)LED元件發(fā)光時(shí)，該組合物具有卓越的散熱性、電絕緣、耐熱性和耐光性，以及描述了包 含該組合物的LED座的基底和反射器。Fujioka等人的所述組合物包含熱塑性樹脂比如改 性聚對(duì)苯二甲酸丁二酯和由鱗片狀氮化硼或類似物組成的導(dǎo)熱填料，并且所述組合物具有 120 _E!:或更高的熱變形溫度、2.0 WAmK)或更高的熱導(dǎo)率、和0.7或更高的熱發(fā)射率。
[0008] 歸于Sagal名下的美國公布的專利申請(qǐng)?zhí)?011/0095690公開了包括電子電路板 的LED照明裝置，所述電子電路板具有外圍部分和從該外圍部分徑向向內(nèi)的中心部分，該 電子電路板具有用于在運(yùn)行過程中與外界環(huán)境光連接的外部側(cè)面和與所述外部側(cè)面相對(duì) 的內(nèi)部側(cè)面。至少一個(gè)LED被安裝在所述電子電路板中心部分的所述外部側(cè)面上并且導(dǎo)熱 殼體圍封該電子電路板，該導(dǎo)熱殼體由可模制的導(dǎo)熱材料形成。所述導(dǎo)熱殼體限定了與所 述電子電路板外部側(cè)面的所述中心部分毗鄰的第一腔和與所述電子電路板內(nèi)部側(cè)面的所 述中心部分毗鄰的第二腔，其中該導(dǎo)熱殼體的一部分在該外圍部分上被包覆成型。
[0009] 在美國公布的專利申請(qǐng)?zhí)?011/0103021中，Janssen等人描述了用于電設(shè)備或電 子設(shè)備的散熱器。所述電設(shè)備或電子設(shè)備包含由導(dǎo)熱塑料材料制成的塑料主體，所述導(dǎo)熱 塑料材料以相對(duì)于所述導(dǎo)熱塑料材料的總重量的至少20 wt. %的量包含膨脹石墨。
[0010] 歸于Dufaure等人名下的美國公布的專利申請(qǐng)?zhí)?011/0281051公開了一種膨脹 石墨，這種膨脹石墨在大于15 的平均粒度下，比表面在15-30 m2/g之間，表觀密度小于 0. 1 g/cm3,以賦予熱塑性聚合物熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和流變導(dǎo)率性質(zhì)，這些性質(zhì)適合于該聚合物 的轉(zhuǎn)變。
[0011] 在PCT公布的專利申請(qǐng)?zhí)朩0 2011/013645中，Takeuchi等人描述了一種聚碳酸 酯樹脂組合物，其包含每100質(zhì)量份的（A)聚碳酸酯樹脂，30-100質(zhì)量份的（B)人造石墨， 〇. 01-5質(zhì)量份的（C)有機(jī)聚硅氧烷，及〇. 01-5質(zhì)量份的（D)含氟化合物，所述有機(jī)聚硅氧 烷具有選自苯基、甲氧基和乙烯基的基團(tuán)。還公開的是：通過模制所述聚碳酸酯樹脂組合物 獲得的模制主體；和用于電的/電子設(shè)備的部件，用于電的/電子設(shè)備的殼體和用于電的/ 電子設(shè)備的底盤，每一個(gè)都包含所述模制主體。所述聚碳酸酯樹脂組合物提供了模制物品， 所述模制物品據(jù)說即使在所形成的模制物品很薄時(shí)都具有高熱導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)表 現(xiàn)出高的阻燃性。
[0012] 頒發(fā)給Mi 1 ler的美國專利號(hào)8, 221，885描述了可注射成型的導(dǎo)熱聚合物組合物， 其據(jù)說具有超低CTE性能并且既適用于在高精密電子器件組件中的基底應(yīng)用又適用于與 陶瓷基底一起的包覆成型應(yīng)用。所述組合物包括用導(dǎo)熱填料充填的原料聚合物基體材料， 所述導(dǎo)熱填料據(jù)說賦予所述聚合物基體熱導(dǎo)率，同時(shí)也維持或增強(qiáng)所述原料聚合物的介電 性能。Mil ler說所得到的組合物顯示了在9 ppm/和2 ppm/:??之間的范圍中的CTE性 能，顯示了低于1.5的光學(xué)各向異性，及大于2 W/ m:K的熱導(dǎo)率。Miller的所述組合物據(jù) 說適合于與幾乎任何合適的電子器件基底材料一起的包覆成型應(yīng)用，而不會(huì)引入因大CTE 差而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。
[0013] 在美國公布的專利申請(qǐng)?zhí)?012/0319031中，Li等人描述了包含大約90%-大約 30%的至少一種非晶形熱塑性塑料或至少一種半結(jié)晶熱塑性塑料或它們的混合物和大約 10%-大約70%的膨脹石墨的組合物，其中所述膨脹石墨的顆粒的大約90%都具有至少大約 200微米的粒度。Li等人的所述組合物據(jù)說可用在LED散熱器應(yīng)用中。
[0014] 上述引用的參考文獻(xiàn)，大體上，教導(dǎo)把導(dǎo)熱填料添加到熱塑性樹脂中，以使所得到 的組合物是導(dǎo)熱的。這些導(dǎo)熱填料可以是基于碳的，比如碳纖維、石墨和炭黑。它們可以是 基于陶瓷的，比如氮化硼、碳化鋁。
[0015] 在本領(lǐng)域中一直需要對(duì)在電子設(shè)備比如LED燈中的熱管理中使用的材料進(jìn)一步 改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 因此，本發(fā)明提供了一種組件，該組件包含導(dǎo)熱非晶形熱塑性聚合物和反應(yīng)注射 成型（rho聚氨酯，所述導(dǎo)熱非晶形熱塑性聚合物作為散熱器為電的/電子部件提供熱管 理，所述反應(yīng)注射成型（RM)聚氨酯取代了通常在這樣的組件中使用的灌封化合物。除了 取代所述灌封化合物外，固化的聚氨酯形成了迄今為止一直是單獨(dú)的部件的部分，比如LED 電燈泡的基部，因此節(jié)省了生產(chǎn)步驟。
[0017] 從本文下面的【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)勢及益處將顯而易見。
【附圖說明】
[0018] 現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，這種描述是出于說明目的且不是為了限制，其 中： 圖1A和1B示出了現(xiàn)有技術(shù)的LED燈； 圖2是本發(fā)明的創(chuàng)新的組件的剖視圖，所述組件包含散熱器和聚氨酯反應(yīng)注射成型 (RHO材料，所述散熱器由導(dǎo)熱熱塑性聚合物制成，所述聚氨酯反應(yīng)注射成型（RHO材料封 裝驅(qū)動(dòng)器電子器件并且取代所述灌封材料； 圖3示出了現(xiàn)有的模制殼體，其已經(jīng)被修改以提供與所述聚氨酯R頂材料的機(jī)械互 鎖； 圖4示出了延伸環(huán)的截面圖，所述延伸環(huán)是為了提供與所述聚氨酯R頂材料的機(jī)械互 鎖； 圖5是R頂工具的圖解，所述R頂工具包括用于將R頂材料機(jī)械鎖定到塑料材料的孔； 和 圖6是本發(fā)明的所述組件在R頂模具中的圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 現(xiàn)在將為了示例性且非限制的目的描述本發(fā)明。除了在操作示例中，或另有指示 的情況下，在說明書中表達(dá)數(shù)量、百分?jǐn)?shù)等等的所有數(shù)字應(yīng)被理解為在所有實(shí)例中已經(jīng)被 術(shù)語"大約"修飾。
[0020] 在本發(fā)明描述的上下文中使用的"封裝"的意思是材料至少部分地且可能全部地 包圍所述組件的部件。這并不一定意味著部件相對(duì)環(huán)境是氣密性密封的，但是"封裝"有可 能具有這樣的意思。在殼體是由導(dǎo)熱熱塑性樹脂制成一一所述散熱器一一的情況中，"封 裝"優(yōu)選地意味著所述電的/電子部件，優(yōu)選連同LED印刷電路板的LED光源，在側(cè)面被所 述殼體包圍，同時(shí)所述殼體在頂部和底部可以是開口的，例如為了允許電連接。"封裝"在所 述反應(yīng)注射成型聚氨酯情況中優(yōu)選地意味著，在LED燈的情況中，所述電子驅(qū)動(dòng)器板被與 用戶屏蔽開，即，所述聚氨酯在側(cè)向側(cè)面上且優(yōu)選地在下側(cè)面上包圍所述電子驅(qū)動(dòng)器板，但 是并不一定在上側(cè)面上包圍，優(yōu)選在所述上側(cè)面上不包圍。
[0021] 在本發(fā)明描述的上下文中使用的"形成所述組件"的意思是所述聚氨酯不僅部分 地或全部地包圍所述組件的部件，而且還可以具有連接功能。在示例的LED燈的情況中，所 述聚氨酯優(yōu)選地將所述殼體連接到傳統(tǒng)的"愛迪生"風(fēng)格旋入式基部，其中所述殼體和所述 反應(yīng)注射成型聚氨酯優(yōu)選通過機(jī)械連接技術(shù)被連接，例如通過舌槽連接。
[0022] 本發(fā)明提供了包含散熱器、電的/電子部件、和聚氨酯的組件，所述散熱器包含導(dǎo) 熱熱塑性聚合物組合物，其中所述散熱器部分地或全部地包圍所述電的/電子部件，并且 其中所述聚氨酯是反應(yīng)注射成型的，部分地或全部地包圍所述散熱器和額外的電子部件以 形成所述組件。
[0023] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了制造組件和形成所述組件的方法，制造所述組件包括利用散 熱器部分地或全部地包圍電的/電子部件，所述散熱器包含導(dǎo)熱熱塑性聚合物；形成所述 組件是通過利用反應(yīng)注射成型聚氨酯部分地或全部地包圍所述散熱器。
[0024] 所述本發(fā)明的R頂聚氨酯和導(dǎo)熱熱塑性聚合物散熱器組合消除了在生產(chǎn)電子設(shè) 備比如LED燈中對(duì)灌封化合物、單獨(dú)的基部殼體、和緊固件或粘合劑的需求。
[0025] 在本發(fā)明中有用的導(dǎo)熱熱塑性聚合物可以由非晶形熱塑性聚合物或由非晶形熱 塑性聚合物和半結(jié)晶熱塑性聚合物的共混物或由非晶形熱塑性聚合物和橡膠的共混物制 成，橡膠比如是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)或苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN)。這 樣的共混物可以BAYBLEND商品名商購自Bayer MaterialScience。
[0026] 在本發(fā)明的意義范圍之內(nèi)，適合的非晶形熱塑性聚合物尤其是，非晶形聚碳酸酯、 非晶形聚酯和非晶形聚烯烴以及它們的共聚物和聚合物共混物。非晶形聚烯烴既包括開鏈 聚烯烴，比如聚丙烯，也包括環(huán)烯烴共聚物。在本發(fā)明的上下文中，作為非晶形熱塑性聚合 物優(yōu)選的是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)和聚苯乙烯，其中聚碳酸酯是特別優(yōu)選的。
[0027] 非晶形和半結(jié)晶熱塑性塑料可以共混成在本發(fā)明中有用的樹脂組合物。非晶形和 半結(jié)晶熱塑性塑料的共混物的示例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是眾所周知的。這樣的共混物 的一些示例是聚碳酸酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚碳酸 酯和聚苯硫醚、聚碳酸酯和液晶聚合物。這些共混物的一些以MAKR0BLEND商品名可商購自 Bayer MaterialScience。只要所得的共混物可用于目的應(yīng)用，對(duì)于什么種類的非晶形熱塑 性塑料與什么種類的半結(jié)晶熱塑性塑料共混是沒有限制的。
[0028] 半結(jié)晶熱塑性聚合物和它們生產(chǎn)的方法對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已知的。 用于在本發(fā)明的組合物中使用的優(yōu)選半結(jié)晶熱塑性聚合物包括，但不局限于，聚乙烯、聚 丙稀、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚苯硫醚、聚