專利名稱：一種安裝led的金屬基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路板基材技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于大功率LED的金屬基板的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常導(dǎo)熱的材料多會(huì)導(dǎo)電，金屬是靠電子的移動(dòng)導(dǎo)熱，所以電阻越小的金屬(如 銀、銅、鋁)，其熱傳導(dǎo)率也越大(如銀約415W/mk、銅約395W/mk、鋁約275W/mk)。相反的， 絕緣的材料(如玻璃或木材)其熱傳導(dǎo)率也很低。許多工業(yè)產(chǎn)品，尤其為電子產(chǎn)品(如LED)需以電路驅(qū)動(dòng)。這些電路多為銅線。為 了大量復(fù)制電路，常以曝光及蝕刻的方法制成印刷電路板(PCB)。通常印刷電路板以玻璃 纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料(FRC)做為絕緣的載板，其上以膠黏貼一薄層銅泊后再制成印刷電路 板，這就是常用的計(jì)算機(jī)主機(jī)板。然而LED的熱流卻常被復(fù)合材料所阻斷。LED的溫度升高后其亮度就迅速衰減，尤 以大功率的LED或密排的LED更是如此。因此LED的基板，例如電視的背光板及路燈的LED 載板，常采用金屬(如鋁或銅)基板而不用復(fù)合材料。但近年來(lái)LED的電功率及密集度都 有增加之勢(shì)。以膠做為絕緣層的散熱速度不夠，加上膠為有機(jī)物，很容易過(guò)熱變質(zhì)。有機(jī)膠 的熱膨脹也比金屬大，會(huì)造成變形問(wèn)題。除此之外，膠會(huì)和水汽、碳酸或硫氣反應(yīng)，所以膠絕 緣的金屬基電路板(MCPCB)常經(jīng)不起明暗LED的冷熱交替，以致會(huì)干化、變形或剝離。印刷 電路板以膠絕緣時(shí)LED會(huì)有許多問(wèn)題，包括亮度難以持久或背光的顏色差異等。有鑒于膠的不穩(wěn)定，其內(nèi)也可添加一些陶瓷粉(如氧化鋁或氮化鋁)。雖然這種復(fù) 合絕緣物的熱傳導(dǎo)率可以由膠的約0. 4ff/mk提升至約4W/mk，但畢竟膠占絕緣層體積的一 半以上，不僅熱流的傳遞仍慢，熱干化、變形或剝離的問(wèn)題也未解決，因此含膠的金屬基電 路板并不能用來(lái)承載大功率或極密集的LED光源。為了大幅提高絕緣層的熱傳導(dǎo)率及避免其它問(wèn)題，金屬基電路板內(nèi)的膠必須完全 排除。金屬板上可直接包覆陶瓷膜(如AlN或Si02)，但陶瓷膜的熱傳導(dǎo)率還不夠高，對(duì)一 些大功率及極密集的LED冷卻效果不彰。除此之外，在陶瓷表面披覆銅層的附著力很差。細(xì) 微的銅電路很容易自陶瓷膜的表面剝離。導(dǎo)熱最快的薄膜為似鉆碳(Diamond Like Carbon，縮寫DLC)。DLC的熱傳導(dǎo)率可 高達(dá)600W/mk，比銀或銅高很多。似鉆碳分很多種，有些只含碳(如電弧或?yàn)R鍍的DLC)，而 有些可含氫(H)，氮(N)，氟(F)，氧(0)或硅(Si)(如以Radio Frequency CVD或RFCVD所 鍍之DLC)。純碳似鉆碳的導(dǎo)電率太高，并不能有效絕緣。似鉆碳內(nèi)也常含導(dǎo)電的石墨鍵， 這種似鉆碳也不能用來(lái)絕緣銅導(dǎo)線。一般說(shuō)來(lái)，以物理氣相沉積(PVD)包覆的似鉆碳導(dǎo)電 率太高，因此多不適用。以化學(xué)氣相沉積(CVD)包覆的似鉆碳內(nèi)可含多量(占全部原子數(shù) 目的1/4-1/2)的H，N，F(xiàn)，0或Si原子。這些非碳原子會(huì)先減少碳的石墨鍵，使電流難以傳 遞。但氣體原子太多也會(huì)切斷鉆石鍵，使熱流也被阻斷，所以似鉆碳內(nèi)氣體原子所占比率應(yīng) 落在1/4至1/2的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于設(shè)計(jì)一種減小光衰的、適合大功率LED的金屬基板。本發(fā)明包括金屬板和銅導(dǎo)線，其特征是在所述金屬板和銅導(dǎo)線之間由內(nèi)至外依次設(shè)置似鉆碳絕緣層和能碳化的金屬層；所述似鉆碳絕緣層中H、N、0、F或Si原子占似鉆碳 總質(zhì)量的1/4-1/2，所述能碳化的金屬為鎂、硅、鉻、釩或鈦。本發(fā)明所形成的鋁基板既具有較好的絕緣性，似鉆碳層與基板的附著強(qiáng)度高達(dá) 20kg/cm2，本發(fā)明鋁基板的熱傳導(dǎo)率大于10W/mk，比傳統(tǒng)含膠絕緣層的熱傳導(dǎo)率大兩倍以 上。故本發(fā)明有較好的導(dǎo)熱性，特別適合于大功率LED的應(yīng)用，能有效降低光衰速度，為人 們充分利用LED節(jié)能產(chǎn)品創(chuàng)造條件。為了形成一定的絕緣性，所述似鉆碳絕緣層的厚度為200nm lOOOnm。本發(fā)明所述金屬板可以為鋁板、鎂板、銅板、鎂鋁合金板、或鎂銅壓合板。為了加強(qiáng)金屬板的絕緣能力，金屬板上可加一層陶瓷膜。最簡(jiǎn)單的方法乃將金屬 板當(dāng)做陽(yáng)極，在電解液內(nèi)氧化。例如在鋁板上形成陽(yáng)化鋁或在鎂板上形成氧化鎂。也成將 金屬板放在真空腔體內(nèi)導(dǎo)入少量的氧氣，再以微波(Microwave)或射頻(Radiowave)將氧 氣解離形成電漿(Plasma)。電漿會(huì)把金屬表面均勻的氧化，形成極薄(如200nm)的氧化 膜。若改以氮?dú)怆姖{處理則可形成氮化膜。氧化物或氮化物都是絕緣的陶瓷(Ceramics)。為了加強(qiáng)似鉆碳在陶瓷膜的附著力，陶瓷膜上可先披覆一層硅或鈦。披覆可以物 理法(如濺鍍)或化學(xué)法(如化學(xué)氣相沉積或CVD)。由于似鉆碳不導(dǎo)電，以電鍍法不易沉積銅導(dǎo)線，因此在披覆似鉆碳之后，應(yīng)再披覆 一層金屬(如濺鍍一層鉻)，其后可再加鍍一層銅。由于真空鍍膜的速度太慢，似鉆碳的表 面金屬化后就可以傳統(tǒng)電鍍加厚銅導(dǎo)線層。本發(fā)明還提供了制造以上減小光衰的、適合大功率LED的金屬基板的方法包括以下步驟1)真空條件下，在金屬板外鍍以似鉆碳膜，所述似鉆碳中H、N、0、F或Si原子占似 鉆碳總質(zhì)量的1/4-1/2 ；2)在似鉆碳膜的外表面濺鍍能碳化的金屬層，所述能碳化的金屬為鎂、硅、鉻、釩 或鈦；3)在能碳化的金屬層外濺鍍薄銅層；4)在薄銅層外電鍍加厚銅層；5)在加厚銅層外進(jìn)行電路化刻制。還可在所述步驟1)之前先于金屬板外制作氧化層。所述氧化層的制成方法是采用氧氣電漿或陽(yáng)極電鍍形成。還可在制作氧化層后，以一薄層高分子聚合物封住氧化層的孔隙。本發(fā)明所述金屬基板可以選自鋁板、鎂板、銅板、鎂鋁合金板、或鎂銅壓合板。本發(fā)明方法易于生產(chǎn)、操作，產(chǎn)品的穩(wěn)定性好，能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，提高LED的散熱 效率，減小光衰，適合大功率LED的安裝。


圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以生產(chǎn)安裝LED的鋁基板為例1、將 1050、5052 或 6061 鋁板裁切成 550 X 700 X T2. 0(0. 385m2)的尺寸。2、以氧極在電解液內(nèi)將鋁板表面氧化成為厚度為20 30 μ m的氧化鋁，再以水蒸汽將氧化鋁內(nèi)留下的微孔洞密封?；蛞愿叻肿泳酆衔?，如PET，填補(bǔ)氧化鋁層的孔隙。聚合 物的厚度約100納米。3、真空條件下，將鋁基板于含1/4-1/2原子比率的H、N、0、F或Si的似鉆碳中處 理10分鐘，形成的似鉆碳膜的厚度為1 μ m。4、在似鉆碳膜上濺鍍能碳化的金屬，如鎂、硅、鉻、釩或鈦，其厚度200nm IOOOnm05、在能碳化的金屬層外濺鍍一層銅層，其厚度約200納米。6、在銅層外電鍍加厚形成銅膜的電路層至約40微米。7、采用網(wǎng)刷蝕刻法形成電路層。8、制作防焊層和無(wú)鉛金屬層。形成產(chǎn)品如圖1所示，在鋁板1外依次包覆氧化層2、含1/4-1/2原子比率的H、N、 0、F或Si的似鉆碳層3、能與碳反應(yīng)的金屬層4、銅線電路層5、防焊層和無(wú)鉛金屬層7。
權(quán)利要求
一種安裝LED的金屬基板，包括金屬板和銅導(dǎo)線，其特征在于在所述金屬板和銅導(dǎo)線之間設(shè)置似鉆碳絕緣層，似鉆碳絕緣層和銅導(dǎo)線之間設(shè)置能碳化的金屬層；所述似鉆碳絕緣層中H、N、O、F或Si原子占似鉆碳總質(zhì)量的1/4-1/2，所述能碳化的金屬為鎂、硅、鉻、釩或鈦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述安裝LED的金屬基板，其特征在于所述似鉆碳絕緣層的厚度為 200nm lOOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述安裝LED的金屬基板，其特征在于在金屬板和似鉆碳絕緣 層之間設(shè)置氧化層。
4.一種如權(quán)利要求1所述安裝LED的金屬基板的制造方法，其特征在于包括以下步驟1)真空條件下，在金屬板外鍍以似鉆碳膜，所述似鉆碳中H、N、0、F或Si原子占似鉆碳 總質(zhì)量的1/4-1/2 ；2)在似鉆碳膜的外表面濺鍍能碳化的金屬層，所述能碳化的金屬為鎂、硅、鉻、釩或鈦；3)在能碳化的金屬層外濺鍍薄銅層；4)在薄銅層外電鍍加厚銅層；5)在加厚銅層外進(jìn)行電路化刻制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述安裝LED的金屬基板的制造方法，其特征在于所述似鉆碳膜的 厚度為200nm lOOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述安裝LED的金屬基板的制造方法，其特征在于在所述步驟1)之 前先于金屬板外制作氧化層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述安裝LED的金屬基板的制造方法，其特征在于所述氧化層的制 成方法是采用氧氣電漿或陽(yáng)極電鍍形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述安裝LED的金屬基板的制造方法，其特征在于在制作氧化 層后，以一薄層高分子聚合物封住氧化層的孔隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述安裝LED的金屬基板的制造方法，其特征在于所述金屬基板為 鋁板、鎂板、銅板、鎂鋁合金板、或鎂銅壓合板。
全文摘要
一種安裝LED的金屬基板及其制造方法，涉及電路板基材技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于大功率LED的金屬基板的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。依次在金屬板外鍍似鉆碳膜、在似鉆碳膜的外表面濺鍍能碳化的金屬層、在能碳化的金屬層外濺鍍薄銅層、在薄銅層外電鍍加厚銅層、在加厚銅層外進(jìn)行電路化刻制。形成的鋁基板既具有較好的絕緣性，似鉆碳層與基板的附著強(qiáng)度高達(dá)20kg/cm2，本發(fā)明鋁基板的熱傳導(dǎo)率大于10W/mk，比傳統(tǒng)含膠絕緣層的熱傳導(dǎo)率大兩倍以上，特別適合于大功率LED的應(yīng)用，能有效降低光衰速度。
文檔編號(hào)H01L33/62GK101887942SQ201010203709
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者宋健民 申請(qǐng)人:江蘇鑫鉆新材料科技有限公司