[实用新型]一种金属基板贯穿热通路的印刷电路板

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种提升传热效率尤其是纵向导热率的金属基印刷电路板，主要解决高功率发光二极管(LED)应用过程中现有金属基印刷电路板纵向热阻过大的问题，尤其适用于单颗封装功率在5W以上的LED。

背景技术

LED目前在照明领域已经得到广泛应用，单颗3W以上的LED在应用中普遍都会采用金属基印刷电路板(MCPCB)作为电路载体和散热介质。现有的MCPCB由于采用金属复合基板(铜基板或铝基板)，导热率相比以前1W以下LED采用的普通FR4印刷电路板(PCB)有了较大的提升。然而，尽管铝基板甚至铜基板有很好的热导率，分别达到205W/mK和380W/mK，但由于电绝缘的需要以及制备工艺的限制，目前的MCPCB电路层和金属基板之间都有一层绝缘层。该绝缘层的导热率只有0.8～2.0W/mK左右，导致现有MCPCB的纵向导热率只有2～4W/mK，远不能满足高功率LED的散热需求。

在使用中由于LED 70～90％的能耗被转化为热能，如不能及时将热量散发出去，将会导致LED节温过高，造成发光效率下降，降低LED寿命，严重时更可能直接烧毁芯片。LED由于封装结构的限制，前端为了透光一般采用高透光率的环氧树脂、塑料或者玻璃等材料，导热率均较低。特别是在使用塑料透镜或玻璃盖片封装时，为了保护LED晶片与封装基板直接的晶线，塑料透镜或玻璃盖片与LED晶片并没有直接接触而是预留一定的空隙，因此LED应用中，热量从前端散发的比例极少，90％以上的热量都需要以热传导的方式从LED封装基板背部经由电路板最后传至散热器。应用中，LED一般都需要焊装在电路板上供电，热量也需要穿透电路板才能到达后面的散热器。因此，LED的散热的好坏主要可从三个级别来考量：一个是封装级散热主要取决于LED封装热阻的高低；另一个是板极散热主要取决于MCPCB的纵向导热能力及横向热扩散能力；再一个是系统级散热主要取决于整个外部散热系统的结构和布局。由于现有MCPCB的纵向导热率较低，已成为高功率LED整个散热路经的瓶颈，所以本实用新型主要集中于板级散热，解决现有金属基印刷电路板热阻过大的问题，大幅提高金属基印刷电路板的纵向导热率。

发明内容

本实用新型主要针对现有MCPCB纵向导热率仍较低的问题，通过打穿热通路部分的绝缘层，让金属基板与LED背部直接接触，由于除去了热通路部位的金属铜箔尤其是导热率极低的绝缘层两层介质，整个MCPCB的传热路径由原来的“金属铜箔-绝缘层-金属基板”直接变为只有一层“金属基板”，因此整个MCPCB的纵向导热率即为金属基板铝或铜的导热率，从而可较现有MCPCB的纵向导热率提升近百倍。

本实用新型金属基板贯穿热通路的印刷电路板主要由三部分组成：一层单面单层或多层印刷电路板、一层金属基板以及连接印刷电路板和金属基板的粘结层。金属基板的材料为导热性良好的金属，如铜、铝或铜合金、铝合金。粘结层为环氧胶膜、环氧玻纤布粘结片或者其他耐高温的粘结材料，可允许在后续表面焊接时在回流焊炉高温环境中仍保证其粘性。印刷电路板又有至少三层结构：电路层、与金属基板贴合的绝缘层、以及与暴露于外部的阻焊保护层。在印刷电路板和粘结层的热通路部位有通孔，在通孔处，金属基板与印刷电路板接合面有一凸包。凸包表面可直接与LED散热部位通过锡焊贴合，形成全为导热率优良的金属形成的热通路，将LED的发热量高效向背部纵向传递并向四周横向扩散。为了便于在金属基板上形成凸包，在凸包背部有一凹坑，在使用过程中凹坑及金属基板背面会贴附热界面材料，并不会影响其传热性能。为简化形成凸包的模具结构和成本，凸包周壁可以为一斜面，与金属基板法向呈一夹角θ。在与LED锡焊结合时，由于焊剂与凸包的润湿及毛细作用，焊剂会自动填充凸包周面的夹角θ与通孔之间的狭缝，形成良好包覆，增加LED与电路板的焊接力。为防止短路，电路层的线路和通孔周围有一绝缘介质隔断。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的层状截面示意图

图2是本实用新型一个实施例的具有多层电路的截面示意图

图3是本实用新型一个实施例与LED贴合示意图

图4是本实用新型一个实施例与散热器贴合示意图

图5是本实用新型一个实施例的电路板与金属基板一致的透视图

图6是本实用新型一个实施例的软硬结合板MCPCB透视图

图7是一个现有MCPCB的层状结构示意图

具体实施方式