印刷電路板及l(fā)ed光源模組的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種印刷電路板及LED光源模組，該印刷電路板具有上表面和下表面、散熱器、基板、位于上表面的多個電極焊盤、位于下表面的多個端子和位于下表面的熱擴散器；其中，多個端子中的每一個均與多個電極焊盤中的至少一個電連接，熱擴散器與散熱器和基板連接。本實用新型所提供的LED光源模組包括印刷電路板以及與印刷電路板電連接和熱連接的LED發(fā)光元件。
【專利說明】印刷電路板及LED光源模組
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請是2012年9月14日提交的13/514,999號美國專利申請的部分繼續(xù)申請，13/514,999號申請是2011年I月6日提交的PCT/CN11/70051號國際申請根據(jù)35U.S.C.§371進入國家階段的申請，該國際申請要求2010年12月24日提交的201010604353.4號中國專利申請的優(yōu)先權，上述所有申請均在此引入作為參考。
技術領域
[0003]本實用新型涉及一種印刷電路板及LED光源模組;更具體地講，本實用新型涉及一種帶有陶瓷散熱器的印刷電路板及LED光源模組。
【背景技術】
[0004]印刷電路板(PCBs)是電子工業(yè)的重要部件之一，其被用作電子元件的機械支撐部件，并實現(xiàn)電子元件之間的電連接。另外，可以在印刷電路板上印刷元件的編號和圖形，這為元件的插裝、檢查或維修提供了方便。幾乎每種電子設備，例如電子手表、計算器、計算機、通訊電子設備、軍用武器系統(tǒng)等等，都要用到印刷電路板。
[0005]LED裝置通常被附接到印刷電路板上，且在工作過程中一般會釋放大量熱量，這就要求與LED裝置連接的印刷電路板具有良好的散熱性能
[0006]201180037321.3號中國專利申請、2002/0180062號美國專利申請公布等公開了具有陶瓷散熱器的印刷電路板，其中所描述的陶瓷散熱器能夠輸出發(fā)熱元件所產(chǎn)生的熱量，但該散熱器的熱膨脹系數(shù)和作為印刷電路板的絕緣載體的樹脂層的熱膨脹系數(shù)之間存在顯著差別。因此，有必要提供一種改進的印刷電路板設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本實用新型一方面的印刷電路板，具有上表面和下表面，包括:散熱器;基板；位于上表面的多個電極焊盤;位于下表面的多個端子，該多個端子中的每一個均與多個電極焊盤中的至少一個電連接;熱擴散熱，位于下表面并與散熱器和基板連接。
[0008]作為一種【具體實施方式】，上述散熱器包括陶瓷芯核。
[0009]優(yōu)選地，上述多個電極焊盤中的至少一個與散熱器和基板連接。
[0010]更優(yōu)選地，上述多個電極焊盤中的每一個均與散熱器和基板連接。
[0011]可選擇地，印刷電路板的上表面還形成有導熱焊盤。
[0012]作為一種優(yōu)選實施方式，上述導熱焊盤與散熱器和基板連接。
[0013]具體地，上述基板可以包括位于多個樹脂板之間的半固化片。
[0014]撓性印刷電路板還可以包括第二印刷電路板，該第二印刷電路板具有上表面和下表面、散熱器、基板、位于上表面的多個電極焊盤、位于下表面的多個端子、以及位于下表面并連接至散熱器和基板的熱擴散器;其中，多個端子中的每一個均與多個電極焊盤中的至少一個連接;上述多個印刷電路板可以由位于每一個印刷電路板的上、下表面之間的撓性構件連接。
[0015]上述多個印刷電路板可以相隔一定距離但相互之間通過撓性構件保持連接。
[0016]根據(jù)本實用新型另一方面的LED光源模組包括LED發(fā)光元件和如上所述的任意一種印刷電路板，其中，LED發(fā)光元件與印刷電路板的電極焊盤電連接。
【附圖說明】
[0017]以下參照附圖和【具體實施方式】對本實用新型的主題及其各種優(yōu)點作進一步的詳細說明，其中:
[0018]圖1A是根據(jù)本實用新型一實施例的散熱器的橫截面視圖；
[0019]圖1B是根據(jù)本實用新型一實施例的樹脂板的橫截面視圖；
[0020]圖1C是根據(jù)本實用新型一實施例的半固化片的橫截面視圖；
[0021]圖2是根據(jù)本實用新型一實施例的印刷電路板的橫截面視圖，其包括圖1A的散熱器、圖1B的樹脂板和圖1C的半固化片；
[0022]圖3是圖2的具有多余樹脂的印刷電路板的橫截面視圖；
[0023]圖4是圖3的去除多余樹脂的印刷電路板的橫截面視圖；
[0024]圖5是圖4的其中形成有多個通孔的印刷電路板的橫截面視圖；
[0025]圖6是圖5的其上形成有導電層的印刷電路板的橫截面視圖；
[0026 ]圖7 A是圖6的根據(jù)本實用新型一實施例的導電層上形成有表面電路的印刷電路板的橫截面視圖；
[0027]圖7B是圖7A的印刷電路板的頂視圖；
[0028]圖7C是圖7A的印刷電路板的底視圖；
[0029]圖7D是圖7A的其上附接有LED的印刷電路板的橫截面視圖；
[0030]圖7E是圖2的印刷電路板中通孔的頂視圖；
[0031]圖8A是圖6的根據(jù)本實用新型另一實施例的導電層上形成有表面電路的印刷電路板的橫截面視圖；
[0032]圖8B是圖8A的其上附接有多個LED的印刷電路板的橫截面視圖；
[0033 ]圖9A是圖6的根據(jù)本實用新型再一實施例的導電層上形成有表面電路的印刷電路板的橫截面視圖；
[0034]圖9B是圖9A的其上附接有LED的印刷電路板的橫截面視圖；
[0035]圖10是根據(jù)本實用新型另一實施例的散熱器的橫截面視圖；
[0036]圖11是根據(jù)本實用新型另一實施例的印刷電路板的橫截面視圖；
[0037]圖12是根據(jù)本實用新型再一實施例的樹脂板的橫截面視圖；
[0038]圖13是根據(jù)本實用新型另一實施例的印刷電路板的橫截面視圖；
[0039]圖14是圖13的樹脂板的部分被去除后的印刷電路板的橫截面視圖；
[0040]圖15是表示根據(jù)本實用新型的一種印刷電路板制備方法的流程圖；
[0041]圖16是圖2的位于根據(jù)本實用新型一實施例的熱壓板之間的印刷電路板的橫截面視圖；
[0042]圖17是圖2的位于根據(jù)本實用新型另一實施例的熱壓板之間的印刷電路板的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0043]本實用新型一實施例的印刷電路板的制備方法，包括:如圖15的步驟132所示，制備導熱且電絕緣的散熱器。如圖1A所示，制備散熱器包括在散熱器10的上表面和下表面中的一個或兩個上覆蓋導電層111。在整個說明書中所使用的導電層可以是銅、金或任何其他導電材料。導熱且電絕緣的散熱器10可以包括由陶瓷，如氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷等等，所制成的芯核118。在圖1A所示的實施例中，通過機械或者激光切割的方式切割上、下兩個表面均覆蓋有銅的氧化鋁陶瓷板112，以獲得上、下表面均覆蓋有導電層111的導熱且電絕緣的散熱器10。導電層111完全延伸越過散熱器的上、下表面至其邊緣，這有助于降低散熱器中的熱應力，并阻止散熱器和介電層之間發(fā)生分離。
[0044]圖15中所示制備方法包括提供具有第一通孔211的有機樹脂板的步驟134。如圖1B所示，有機樹脂板20覆蓋有導電層221和222，且具有構造為用于接納散熱器10的第一通孔211。樹脂板20可以是環(huán)氧樹脂、纖維增強環(huán)氧樹脂、FR4等材質(zhì)。雖然圖1B所示的有機樹脂板在其兩面均覆蓋有導電層，但其也可以是根據(jù)需要在單面覆蓋導電層。在圖1B中，提供了雙面FR4覆銅板20，其包括帶有第一導電層221和第二導電層222的介電層21。第一通孔211通過機械或者激光鉆孔的方式制備。第一導電層221是不具有電路圖案的導電層。在一個實施例中，第一導電層221和導電層111具有相等的厚度，該厚度大約為10Z。第二導電層222是具有電路圖案(未示出)的導電層，該電路圖案根據(jù)現(xiàn)有技術中的已知方法(例如蝕刻)而形成。
[0045]圖15的方法包括在步驟136中提供具有第二通孔的半固化片。根據(jù)本實用新型一個實施例的印刷電路板包括最佳如圖1C所示的半固化片30(例如prepreg)，其具有第二通孔31。在一個實施例中，第二通孔31可以通過對半固化片30進行機械或者激光鉆孔而制得。在其他實施例中，半固化片可以被制備為其中已經(jīng)形成有第二通孔(例如通過在模具中成型等方式)。半固化片30可以包括沒有完全固化的環(huán)氧樹脂。圖7E中示出了各個通孔和散熱器之間的位置關系。散熱器10具有相等或不相等的第一長度和寬度。第一通孔211大于散熱器，且二者之間具有第一偏移量55，以允許散熱器被放置在介電層21中。如圖所示，第二通孔31大于第一通孔，且二者之間具有第二偏移量53。第一偏移距離55優(yōu)選為0.1mm至0.2mm，更優(yōu)選為0.14mm至0.16mm。第二偏移距離53優(yōu)選為0.05mm至0.15mm，更優(yōu)選為0.09mm至 0.11mnin
[0046]圖15所示制備方法的步驟138包括:層疊樹脂板和半固化片，并使其相互固定;將散熱器放置在相應的通孔內(nèi)。如圖2所示，樹脂板20位于半固化片30的每一側(cè);第一通孔211和第二通孔31對齊，且樹脂板20和半固化片30臨時性或永久性地結(jié)合在一起(例如通過綁定、膠粘、焊接、夾持、使用連接器連接等方式)。上述制備方法進一步包括將散熱器10放置在通孔內(nèi)，以制備層壓印刷電路板224。如圖2所示，具有電路圖案的導電層222放置為相鄰于半固化片30，從而被設置在印刷電路板的內(nèi)部。換句話說，在該步驟之前，印刷電路板的所有內(nèi)部電路都是已經(jīng)制備好的。
[0047]圖15的方法包括在步驟140中對層壓印刷電路板224進行熱壓。熱壓包括在層壓印刷電路板224的相對表面施加壓力，并同時加熱層壓印刷電路板224。在壓力作用下，層壓印刷電路板224的厚度減小，使得導電層111和221的表面基本上或大致平齊。加熱層壓印刷電路板224使得半固化片30中未固化的環(huán)氧樹脂填充散熱器10和樹脂板20之間的間隙226(如圖2所示)，并流動至導電層111和221的表面。半固化片的可流動性與其環(huán)氧樹脂的含量正相關。在一些實施例中，設置為相鄰于樹脂板的半固化片的環(huán)氧樹脂含量可以為大約60-75wt%，更優(yōu)選為65-70wt%。相對較高的可流動性有助于半固化片基本上或完全填充間隙226。如圖3所示，散熱器1和樹脂板20由于熱壓而形成固定連接。
[0048]圖16示出了可以用于熱壓步驟的裝置的一個實施例。該裝置包括離型膜2和撓性的硬質(zhì)層I(例如金屬、塑料、銅和招)，其中，硬質(zhì)層I的厚度為大約0.05mm至0.3_。離型膜2和撓性硬質(zhì)層I被設置在層壓印刷電路板224的兩側(cè)，且離型膜2相鄰于印刷電路板。撓性硬質(zhì)層I可以在熱壓過程中提高層壓印刷電路板224的平整度，使得在熱壓步驟后，第一導電層221和位于散熱器10表面的導電層111如圖3所示共面。
[0049]如圖3所示，在熱壓步驟中，多余樹脂38可能流動至印刷電路板的表面。因此，上述制備方法包括如圖15的步驟142中所描述的去除溢流至印刷電路板表面的固化樹脂38。在一個實施例中，這可以通過研磨固化樹脂38來實現(xiàn)，在研磨固化樹脂38時，通常同時對導電層111和221進行研磨。如圖4所示，研磨步驟還可以有助于確保固化樹脂38、導電層111和221的表面基本上或大致平齊。在其他實施例中，固化樹脂可以通過其他方法(例如化學的)去除。
[0050]如圖15的步驟144中所描述，作為上述制備過程的一部分，鉆穿層壓印刷電路板224而得到多個通孔51。如下所述，圖5中所示的多個通孔51提供了在全部導電層之間建立電連接的路徑。
[0051]圖15描述的方法包括在印刷電路板上鍍覆導電層。如圖6所示，導電層611形成在固化樹脂38以及導電層111和221的表面，在通孔51的內(nèi)壁還形成有導電層612。在一個實施例中，導電層611和612可以通過首先化學沉積底銅層，然后采用電鍍法在底銅層上沉積加厚銅而形成。當然，如前所述，可以利用其它導電材料來替代銅。本實用新型并不限于采用上述的導電層制備方法，而是可以使用現(xiàn)有技術中任意的已知導電層制備方法。
[0052 ] 在圖15的步驟148中制備表面電路。如圖7A-C所示，在層壓印刷電路板224上制備該表面電路。一般地，采用圖形蝕刻的方法(圖形化處理)制備表面電路，以在印刷電路板224的上、下表面形成相應的導電圖案。如圖7A-C所示，對印刷電路板上表面的導電層111、221和611進行圖形化處理，以得到正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73。焊盤71、72和73全部延伸穿過導電層221和611至散熱器10和樹脂板20的介電層21的表面。此外，對印刷電路板下表面的導電層進行圖形化處理，以得到第一端子81、第二端子82和熱擴散圖案83。圖形蝕刻使得熱擴散圖案83與第一端子81和第二端子82分離，且熱擴散圖案83延伸至散熱器10和介電層21的表面。
[0053]上述方法包括在圖15的步驟149中將LED連接至印刷電路板。如圖7D所示，LED裝置包括正電極91、負電極92和熱沉93。正電極91、負電極92和熱沉93分別連接(例如通過焊接、點膠)至正極焊盤71、負極焊盤72和導熱焊盤73，從而得到LED模組。LED裝置所產(chǎn)生的熱量可以通過導熱焊盤73、散熱器10和熱擴散圖案83進行擴散。
[0054]上述方法可以進一步包括在印刷電路板的上表面或者下表面連接LED驅(qū)動電路或控制電路元件。這些電路可以包括驅(qū)動電路、調(diào)光電路、電壓控制電路、電流控制電路、色彩控制電路、溫度保護電路，等等。上述方法還可以包括在印刷電路板上形成這些電路的步驟。
[0055]圖8A示出了另一實施例的印刷電路板801。印刷電路板801的某些方面及其制備方法與圖1至7D的描述相類似，故僅對該實施例與前述實施例的區(qū)別進行說明。與印刷電路板224相比，圖8A-8B所示的印刷電路板801的上表面具有不同的導電圖案?？梢赃M行如前所述的圖形化處理工藝，但略去導熱焊盤而制備多個正極焊盤71和多個負極焊盤72。多個正極焊盤71和多個負極焊盤72中的至少一個延伸至散熱器10和介電層21的表面。多個LED裝置的正電極和負電極可以分別連接至正極焊盤71和負極焊盤72，從而得到具有多個LED的LED模組。
[0056]換句話說，印刷電路板224(圖7D)適用于具有三個引腳/電極的LED裝置，印刷電路板801(圖8B)適用于具有兩個引腳/電極的LED裝置(例如倒裝LED芯片)。
[0057]另外，本申請的某些或全部實施例中的印刷電路板特別適用于安裝或封裝有硅基板/芯片的LED裝置。這是因為，硅和陶瓷具有相對接近的熱膨脹系數(shù)，從而能夠避免或減少由于LED裝置和印刷電路板之間熱膨脹系數(shù)不匹配而導致的各種結(jié)構和熱擴散缺陷。因此，與以前的現(xiàn)有方法相比，根據(jù)本實用新型所描述的方法而制備的產(chǎn)品具有增強的穩(wěn)定性。
[0058]圖9A-9B示出了另一實施例的印刷電路板。印刷電路板901下表面的導電圖案略去了前述的熱擴散圖案，而是代之以對印刷電路板下表面的導電層111、221和611進行圖形化處理，從而得到第一端子81和第二端子82;其中，第一端子81和第二端子82延伸至散熱器10和介電層21的表面。
[0059]如圖10所示，可以在切割板112之前對散熱器10的導電層111進行蝕刻，該蝕刻在散熱器10的邊緣和導電層111之間形成間隙126。在散熱器的制備過程中進行該蝕刻步驟還消除了來自于導電層的任何因機械切割工藝而產(chǎn)生的毛刺，從而提高了生產(chǎn)效率。
[0060]圖11示出了具有散熱器10和樹脂板的印刷電路板1001，其中，散熱器10沒有形成如前述實施例中所描述的導電層111，且樹脂板沒有形成如前述實施例中所描述的導電層221和222。相反地，樹脂板的介電層21與半固化片30直接連接。根據(jù)如前所述的方法在介電層的外表面形成導電層611。
[0061]圖12-14示出了另一實施例的印刷電路板，其將撓性部分和剛性部分相組合。如圖13所示，印刷電路板1020包括位于第一和第二半固化片30之間的撓性電路板40。撓性電路板40具有分別與樹脂板中的第一通孔和半固化片中的第二通孔相對齊的第三通孔。撓性電路板40與印刷電路板1020的撓性部分43相對應的表面設置有保護膜(未示出)。
[0062]如圖12所示，樹脂板220中形成有凹陷部212(例如，通過機械或激光切割)，凹陷部212形成印刷電路板1020的撓性部分的邊界。雖然凹陷部通常在樹脂板的制備過程中形成，但其也可以在印刷電路板組裝之后切割得到。樹脂板220還包括用于容納多個散熱器10的多個第一通孔211。組裝印刷電路板之前，在半固化片30中制備對應于所期望的印刷電路板1020的撓性部分43的余隙孔。
[0063]半固化片30中與所期望的撓性部分相對應的余隙孔大于最終的撓性部分43，以阻止或減少環(huán)氧樹脂流動至撓性部分43。相鄰于撓性電路板的半固化片可以具有比位于樹脂板之間的半固化片更低的可流動性。例如，相鄰于撓性電路板的半固化片中環(huán)氧樹脂的含量可以為大約40-55wt %，更優(yōu)選為45-50wt %。相對較低的可流動性有助于在減少或避免半固化片流動至撓性區(qū)域43表面的條件下使得半固化片填充間隙226。
[0064]如圖14所示，通過機械或激光切割去除剛性印刷電路板對應于撓性部分43的部分，由此所得到的印刷電路板1020具有第一剛性部分1022、第二剛性部分1024以及將二者所分開的撓性部分43。第一剛性部分1022和第二剛性部分1024通過撓性電路板40相互連接。撓性印刷電路板1020可以具有形成在其上的如前所述的表面電路，且可以具有附接至其上的LED。
[0065]圖17示出了可以用于熱壓步驟的裝置的另一實施例。該實施例中，在硬質(zhì)層I的外側(cè)進一步設置彈性材料層3。彈性層3可以是硅膠或其他類似材料。
[0066]另一實施例的印刷電路板可以包括單層或多層的撓性印刷電路板以及單層或多層的剛性印刷電路板。在該實施例中，可以使用不同的半固化片。例如，相鄰于撓性電路板的半固化片可以具有比位于樹脂板之間的半固化片更低的可流動性。
[0067]雖然在此參照特定的實施例描述了本實用新型，但應當理解的是，這些實施例僅用于闡述本實用新型的原理和應用。因此，應當理解的是，在不脫離所附權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以對所描述的實施例進行各種各樣的改變并設計出其他多種布置。
【主權項】
1.一種印刷電路板，具有上表面和下表面，包括: 散熱器； 基板； 位于所述上表面的多個電極焊盤； 位于所述下表面的多個端子;其中，所述多個端子中的每一個均與所述多個電極焊盤中的至少一個電連接； 其特征在于: 熱擴散器，位于所述下表面并與所述散熱器和所述基板連接。2.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述散熱器包括陶瓷芯核。3.如權利要求2所述的印刷電路板，其特征在于:所述多個電極焊盤中的至少一個與所述散熱器和所述基板連接。4.如權利要求3所述的印刷電路板，其特征在于:所述多個電極焊盤中的每一個均與所述散熱器和所述基板連接。5.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述印刷電路板的上表面還形成有導熱焊盤。6.如權利要求5所述的印刷電路板，其特征在于:所述導熱焊盤與所述散熱器和所述基板連接。7.如權利要求1所述的印刷電路板，其特征在于:所述基板包括位于多個樹脂板之間的半固化片。8.一種LED光源模組，包括LED發(fā)光元件，其特征在于:所述LED光源模組還包括如權利要求I至7任一項所述的印刷電路板，所述LED發(fā)光元件與所述多個電極焊盤電連接。
【文檔編號】H05K1/18GK205491419SQ201521143154
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】李保忠, 羅苑, 聶沛珈, 陳愛兵, 胡啟釗, 林偉健
【申請人】樂健集團有限公司