全文摘要
本实用新型提供了一种电路板及紫外LED固化光源；该电路板包括绝缘基板，以及：热管，其设置在绝缘基板中，并在绝缘基板的厚度方向上贯穿绝缘基板；图案化金属层，其包括至少一部分形成在热管上表面的导热焊盘，且该图案化金属层的至少一部分由绝缘基板的上表面延伸至热管的上表面；散热金属层，其覆盖热管的下表面，并从热管的下表面延伸至绝缘基板的下表面；紫外LED固化光源包括该电路板以及与该电路板的导热焊盘热连接的紫外LED发光器件。本实用新型的电路板及紫外LED固化光源具有优异的散热性能，使用寿命长且热稳定性及可靠性佳。
主设计要求
1.一种电路板，包括绝缘基板，其特征在于：热管，其设置在所述绝缘基板中，并在所述绝缘基板的厚度方向上贯穿所述绝缘基板；图案化金属层，其包括至少一部分形成在所述热管上表面的导热焊盘；其中，所述图案化金属层的至少一部分由所述绝缘基板的上表面延伸至所述热管的上表面；散热金属层，其覆盖所述热管的下表面，并从所述热管的下表面延伸至所述绝缘基板的下表面。
设计方案
1.一种电路板，包括绝缘基板，其特征在于：
热管，其设置在所述绝缘基板中，并在所述绝缘基板的厚度方向上贯穿所述绝缘基板；
图案化金属层，其包括至少一部分形成在所述热管上表面的导热焊盘；其中，所述图案化金属层的至少一部分由所述绝缘基板的上表面延伸至所述热管的上表面；
散热金属层，其覆盖所述热管的下表面，并从所述热管的下表面延伸至所述绝缘基板的下表面。
2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述的热管为铝热管或铜热管；所述导热焊盘由所述热管的上表面延伸至所述绝缘基板的上表面，所述图案化金属层中的导电图形则仅形成在所述绝缘基板的上表面。
3.如权利要求2所述的电路板，其特征在于：所述图案化金属层包括形成在所述绝缘基板上表面的第一金属层、连接所述第一金属层和所述热管的第二金属层；所述散热金属层包括形成在所述绝缘基板下表面的第三金属层、连接所述第三金属层和所述热管的第四金属层。
4.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述的热管为铝热管；所述铝热管具有位于其上表面的至少一层第一连接金属层和位于其下表面的至少一层第二连接金属层。
5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述的热管为铝热管；所述铝热管具有位于其上表面的第一阳极氧化绝缘层和位于其下表面的第二阳极氧化绝缘层。
6.如权利要求5所述的电路板，其特征在于：所述铝热管还包括形成在所述第一阳极氧化绝缘层上的至少一层第一连接金属层和形成在所述第二阳极氧化绝缘层上的至少一层第二连接金属层。
7.如权利要求4或6所述的电路板，其特征在于：所述图案化金属层包括形成在所述绝缘基板上表面的第一金属层、连接所述第一金属层和所述第一连接金属层的第二金属层；所述散热金属层包括形成在所述绝缘基板下表面的第三金属层、连接所述第三金属层和所述第二连接金属层的第四金属层。
8.如权利要求5所述的电路板，其特征在于：所述图案化金属层还包括成对设置在所述导热焊盘相对两侧的导电焊盘，且所述导电焊盘的至少一部分形成在所述铝热管的上表面。
9.如权利要求1所述的电路板，其特征在于：所述绝缘基板包括至少两层绝缘介质层，相邻绝缘介质层之间通过粘着材料粘结连接；所述粘着材料还将所述热管粘着固定在所述绝缘基板中。
10.一种紫外LED固化光源，其特征在于：包括如权利要求1至9中任一项所述的电路板和紫外LED发光器件，所述紫外LED发光器件与所述导热焊盘热连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种采用内嵌热管散热的电路板及包括该电路板的紫外LED固化光源。
背景技术
UV光固化设备利用紫外线(通常为200-450nm)照射紫外光固化材料(例如胶水或油墨)使其产生聚合反应从而固化，在印刷、涂装等行业具有非常广泛的应用。传统的UV光固化设备利用UV汞灯作为光源，电耗大，且因UV汞灯产生臭氧而需要配置排气装置，导致设备总体运行成本高。由于LED(发光二极管)具有低电耗、长寿命、小型化、轻量化和不含水银成分等优点，近年来，紫外LED固化光源已越来越多地替代UV汞灯使用在UV光固化设备上。
紫外LED固化光源典型地包括电路板和安装在该电路板上的紫外LED发光器件(例如紫外LED灯珠或芯片)，紫外LED发光器件在工作过程中会散发大量热量，这就要求该电路板具有优异的散热性能，以提高紫外LED发光器件的工作性能和使用寿命，避免紫外LED发光器件因过热而出现“死灯”现象。
作为提高有机材质电路板散热性能的常见措施，可以在该电路板的绝缘基板中嵌入例如铝或铜的导热金属。但随着紫外光固化技术的快速发展，产业上迫切期望紫外LED固化光源具有更强的照射强度，在绝缘基板中嵌入导热金属已难以很好地满足业界对电路板散热性能的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的主要目的是提供一种具有优异散热性能的电路板。
本实用新型的另一目的是提供一种包括上述电路板的紫外LED固化光源。
为了实现上述的主要目的，本实用新型的一个方面提供了一种电路板，其包括绝缘基板，以及：
热管，其设置在绝缘基板中，并在绝缘基板的厚度方向上贯穿绝缘基板；
图案化金属层，其包括至少一部分形成在热管上表面的导热焊盘；其中，图案化金属层的至少一部分由绝缘基板的上表面延伸至热管的上表面；
散热金属层，其覆盖热管的下表面，并从热管的下表面延伸至绝缘基板的下表面。
例如铝和铜的导热金属的导热系数只能达到102<\/sup>W\/(m·K)的数量级，而热管的导热系数可达105<\/sup>W\/(m·K)的数量级，远远高于导热金属。本实用新型中，在绝缘基板内嵌入在厚度方向上贯穿绝缘基板的热管，发热器件所产生的热量通过导热焊盘传导至热管，热管再将热量快速传输至散热金属层，从而使得电路板具有优异的散热性能。
本实用新型中，图案化金属层的至少一部分由绝缘基板的上表面延伸至热管的上表面，散热金属层从热管的下表面延伸至绝缘基板的下表面，从而将热管可靠地固定在绝缘基板内，热管不易因冷热循环而从绝缘基板内脱离，使得电路板具有极佳的热稳定性和可靠性，使用寿命长。
根据本实用新型的一种具体实施方式，热管为铝热管或铜热管；导热焊盘由热管的上表面延伸至绝缘基板的上表面，图案化金属层中的导电图形则仅形成在绝缘基板的上表面。
优选地，图案化金属层包括形成在绝缘基板上表面的第一金属层、连接第一金属层和热管的第二金属层；散热金属层包括形成在绝缘基板下表面的第三金属层、连接第三金属层和热管的第四金属层。
根据本实用新型的另一具体实施方式，热管为铝热管，且该铝热管具有位于其上表面的至少一层第一连接金属层和位于其下表面的至少一层第二连接金属层。其中，第一连接金属层用于增强图案化金属层和热管之间的结合力，第二连接金属层用于增强散热金属层和热管之间的结合力。
根据本实用新型的另一具体实施方式，热管为铝热管；该铝热管具有位于其上表面的第一阳极氧化绝缘层和位于其下表面的第二阳极氧化绝缘层。阳极氧化层的设置一方面可以提高电路板的耐电压性能，另一方面使得图案化金属层中的导电图形(例如导电焊盘)可以形成在铝热管上表面，便于电路板的小型化。
优选地，该铝热管还包括形成在第一阳极氧化绝缘层上的至少一层第一连接金属层和形成在第二阳极氧化绝缘层上的至少一层第二连接金属层。第一连接金属层用于增强图案化金属层和热管之间的结合力，第二连接金属层用于增强散热金属层和热管之间的结合力。
作为本实用新型的一种更优选实施方式，图案化金属层包括形成在绝缘基板上表面的第一金属层、连接第一金属层和第一连接金属层的第二金属层；散热金属层包括形成在绝缘基板下表面的第三金属层层、连接第三金属层和第二连接金属层的第四金属层。
作为本实用新型的另一更优选实施方式，图案化金属层还包括成对设置在导热焊盘相对两侧的导电焊盘，且导电焊盘的至少一部分形成在铝热管的上表面。
上述技术方案中，正极焊盘和负极焊盘除了用于电连接发热器件外，同样能够将发热器件所产生的热量传导至热管，进一步提高电路板的散热效率；另一方面，正极焊盘和负极焊盘可以设置在热管上，还可促进实现电路板的小型化。
根据本实用新型的再一具体实施方式，绝缘基板包括至少两层绝缘介质层，相邻绝缘介质层之间通过粘着材料粘结连接；该粘着材料还将热管粘着固定在绝缘基板中。
为了实现上述的另一目的，本实用新型的另一方面提供了一种紫外LED固化光源，其包括上述的任意一种电路板和紫外LED发光器件，该紫外LED发光器件与该电路板的导热焊盘热连接。
为了更清楚地说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
需说明的是，为了清楚地示意所要表达的结构，附图中的不同部分可能并非以相同比例描绘，因此，除非明确指出，否则附图所表达的内容并不构成对各部分尺寸、比例关系的限制。
附图说明
图1是本实用新型电路板实施例1的结构示意图；
图2是电路板实施例1制备方法中将热管放置到层叠绝缘基板贯穿孔内的结构示意图；
图3是电路板实施例1制备方法中热压及研磨绝缘基板后的结构示意图；
图4是电路板实施例1制备方法中在电路板上、下表面覆盖金属层后的结构示意图；
图5是电路板实施例1制备方法中在电路板上表面蚀刻形成图案化金属层后的结构示意图；
图6是本实用新型紫外LED固化光源实施例1的结构示意图；
图7是本实用新型电路板实施例2的结构示意图；
图8是本实用新型紫外LED固化光源实施例2的结构示意图；
图9是本实用新型电路板实施例3的结构示意图；
图10是电路板实施例3制备方法中将热管放置到层叠绝缘基板贯穿孔内的结构示意图；
图11是电路板实施例3制备方法中热压及研磨电路板后的结构示意图；
图12是电路板实施例3制备方法中在电路板上、下表面镀覆金属层后的结构示意图；
图13是电路板实施例3制备方法中在电路板上表面蚀刻形成图案化金属层后的结构示意图；
图14是本实用新型紫外LED固化光源实施例3的结构示意图；
图15是本实用新型电路板实施例4的结构示意图；
图16是本实用新型电路板实施例5的结构示意图；
图17是本实用新型紫外LED固化光源实施例5的结构示意图。
具体实施方式
电路板、电路板制备方法及紫外LED固化光源实施例1
参见图1，本实用新型电路板实施例1包括绝缘基板10和设置在绝缘基板10中的热管20(其为铝热管或铜热管)，热管20在绝缘基板10的厚度方向上贯穿绝缘基板10；绝缘基板10和热管20的上表面具有图案化金属层30，阻焊层50部分地覆盖图案化金属层30并露出图案化金属层30中的导热焊盘31、正极焊盘321和负极焊盘322。正极焊盘321和负极焊盘322为导电焊盘，二者成对设置在导热焊盘31的相对两侧。导热焊盘31由绝缘基板10的上表面延伸至热管20的上表面，包括正极焊盘321和负极焊盘322在内的导电线路则仅形成在绝缘基板10的上表面。
绝缘基板10和热管20的下表面具有散热金属层40，散热金属层40从热管20的下表面延伸至绝缘基板10的下表面，并覆盖绝缘基板10和热管20的下表面。热管40内的热量可通过散热金属层40扩散至电路板外部(例如电路板所连接的散热器)。
绝缘基板10包括两层例如FR4基板的绝缘介质层11，两层绝缘介质层11之间通过例如半固化片的热固化粘着材料12粘结连接。热固化粘着材料12具有包裹热管20侧向表面的粘着部分121，以将热管20粘着固定在绝缘基板10中。容易理解，在本实用新型未图示的其他实施例中，电路板还可以包括设置在绝缘基板10内部的内层导电线路；绝缘基板10可以包括三层以上的绝缘介质层11，相邻绝缘介质层11之间可以通过热固化粘着材料12粘结连接。
以下，结合图1至5对电路板实施例1的制备方法实施例进行说明。
首先，请参见图2，电路板实施例1的制备包括将热管20放置到绝缘基板10的贯穿孔112内的步骤，绝缘基板10在该步骤处于层叠但未热压的状态，其包括层叠设置的绝缘介质层11以及设置在绝缘介质层11之间并处于半固化状态的粘着材料12(例如半固化片)。
电路板实施例1的制备还包括对绝缘基板10进行热压的步骤，该热压步骤使得粘着材料12发生固化反应而粘着绝缘介质层11，粘着材料12在热压过程中还流动至贯穿孔112内未被热管20占据的空间，流动至贯穿孔112内的粘着材料121固化后将热管20固定至绝缘基板10；热压后，根据需要研磨所得电路板的上、下表面，以去除流动至热管20表面的粘着材料并提高电路板的表面平整度，所得到的电路板结构如图3所示。
如图4所示，电路板实施例1的制备还包括在电路板的上、下表面形成金属层的步骤；该步骤在电路板的上表面形成金属层30，在电路板的下表面形成金属层40。金属层30和金属层40可以例如通过如下工艺形成：首先利用PVD工艺在电路板的上、下表面形成底铜层，而后利用电镀工艺在底铜层上形成加厚铜层，从而得到金属层30和金属层40。
如图5所示，电路板实施例1的制备还包括对金属层30进行图形化蚀刻的步骤。该蚀刻步骤形成包括导热焊盘31、正极焊盘321和负极焊盘322的图案化金属层30。金属层40则可以不作蚀刻处理。
请再次参见图1，电路板实施例1的制备还包括在电路板的上表面制作阻焊层50的步骤。
图6示意性描述了紫外LED固化光源实施例1的结构。如图6所示，紫外LED固化光源实施例1包括电路板实施例1和紫外LED灯珠100，紫外LED灯珠100的热沉101与导热焊盘31热连接，紫外LED灯珠100的正电极102和负电极103分别与正极焊盘321和负极焊盘322电连接。紫外LED灯珠100工作时所产生的热量通过热沉101传导至导热焊盘31，并经热管20和散热金属层40而快速散热。
在本实用新型紫外LED固化光源的其他实施例中，可以在导热焊盘31上设置与其热连接的紫外LED芯片，并利用金线将将紫外LED芯片电连接至正极焊盘321和负极焊盘322，然后在电路板上形成封装紫外LED芯片和金线的封装透镜，从而形成紫外LED固化光源。
电路板、电路板制备方法及紫外LED光固化模组实施例2
图7是电路板实施例2的结构示意图，如图7所示，电路板实施例2与实施例1的区别在于：热管20为铝热管，且该铝热管的上表面具有第一阳极氧化绝缘层21，下表面具有第二阳极氧化绝缘层22；导热焊盘31设置在热管20的上表面，正极焊盘321和负极焊盘322则由绝缘基板10的上表面延伸至热管20的上表面。
其中，第一阳极氧化绝缘层21和第二阳极氧化绝缘层22通过对铝热管的上、下表面进行阳极氧化处理而形成，其厚度可以为10微米至50微米，例如大约30微米。除了需对热管进行阳极氧化处理外，电路板实施例2的制备方法可以参照上述电路板实施例1的制备方法进行。
图8是紫外LED固化光源实施例2的结构示意图，如图8所示，紫外LED固化光源实施例2包括电路板实施例2和紫外LED灯珠100，紫外LED灯珠100的热沉101与导热焊盘31热连接，紫外LED灯珠100的正电极102和负电极103分别与正极焊盘321和负极焊盘322电连接。紫外LED灯珠100工作时所产生的热量通过热沉101传导至导热焊盘31，并经热管20和散热金属层40而快速散热；同时，紫外LED灯珠100工作时，正极焊盘321和负极焊盘322内的热量也可热管20和散热金属层40而快速散热。
电路板、电路板制备方法及紫外LED光固化模组实施例3
参见图9，本实用新型电路板实施例3包括绝缘基板10和设置在绝缘基板10中的热管20，热管20为铜热管，且热管20在绝缘基板10的厚度方向上贯穿绝缘基板10；电路板的上表面具有图案化金属层30，图案化金属层30包括形成在绝缘基板10上表面的第一金属层301以及连接第一金属层301和热管20的第二金属层302。
阻焊层50部分地覆盖图案化金属层30并露出图案化金属层30中的导热焊盘31、正极焊盘321和负极焊盘322。正极焊盘321和负极焊盘322为导电焊盘，二者成对设置在导热焊盘31的相对两侧。导热焊盘31由绝缘基板10的上表面延伸至热管20的上表面，包括正极焊盘321和负极焊盘322在内的导电线路则仅形成在绝缘基板10的上表面。
电路板的下表面具有散热金属层40，散热金属层40包括形成在绝缘基板下表面的第三金属层41以及覆盖并连接第三金属层41和热管20的第四金属层42。热管40内的热量可通过散热金属层40扩散至电路板外部(例如电路板所连接的散热器)。
绝缘基板10包括两层例如FR4基板的绝缘介质层11，两层绝缘介质层11之间通过例如半固化片的热固化粘着材料12粘结连接。热固化粘着材料12具有包裹热管20侧向表面的粘着部分121，以将热管20粘着固定在绝缘基板10中。
以下，结合图9至13对电路板实施例3的制备方法进行说明。
首先，请参见图10，电路板实施例3的制备包括将热管20放置到绝缘基板10的贯穿孔112内的步骤；绝缘基板10在该步骤处于层叠但未热压的状态，其包括层叠设置的绝缘介质层11(例如FR4基板)以及设置在绝缘介质层11之间并处于半固化状态的粘着材料12(例如半固化片)。并且其中，绝缘基板10的上表面覆有例如铜层的第一金属层301，下表面覆有例如铜层的第三金属层41。
电路板实施例3的制备还包括对绝缘基板10进行热压的步骤，该热压步骤使得粘着材料12发生固化反应而粘着绝缘介质层11，粘着材料12在热压过程中还流动至贯穿孔112内未被热管20占据的空间，流动至贯穿孔112内的粘着材料121固化后将热管20固定至绝缘基板10。
热压后，根据需要对电路板的上、下表面进行研磨，以去除流动至热管20表面的粘着材料并提高电路板的表面平整度，所得到的电路板结构如图11所示。
如图12所示，电路板实施例3的制备还包括在电路板的上、下表面形成金属层的步骤；该步骤在电路板的上表面形成第二金属层302，在电路板的下表面形成第四金属层42。第二金属层302和第四金属层42可以例如通过如下工艺形成：首先利用化学沉铜工艺在电路板的上、下表面形成底铜层，而后利用电镀工艺在底铜层上形成加厚铜层，从而得到第二金属层302和第四金属层42。
如图13所示，电路板实施例1的制备还包括对第一金属层301和第二金属层302进行图形化蚀刻的步骤。该蚀刻步骤形成包括导热焊盘31、正极焊盘321和负极焊盘322的图案化金属层30。第三金属层41和第四金属层42则可以不作蚀刻处理，二者构成散热金属层40。
请再次参见图9，电路板实施例3的制备还包括在电路板的上表面制作阻焊层50的步骤。
图14示意性描述了紫外LED固化光源实施例3的结构。如图14所示，紫外LED固化光源实施例3包括电路板实施例3和紫外LED灯珠100，紫外LED灯珠100的热沉101与导热焊盘31热连接，紫外LED灯珠100的正电极102和负电极103分别与正极焊盘321和负极焊盘322电连接。紫外LED灯珠100工作时所产生的热量通过热沉101传导至导热焊盘31，并经热管20和散热金属层40而快速散热。
电路板及其制备方法实施例4
图15是电路板实施例4的结构示意图，如图15所示，电路板实施例4与实施例3的区别在于：热管20为铝热管，且该铝热管的上表面具有第一连接金属层221，下表面具有第二连接金属层222。具体地，第一连接金属层221和第二连接金属层222例如包括镍层和覆盖镍层的铜层，或者锌层和覆盖锌层的铜层(即铜层在最外侧)。第一连接金属层221和第二连接金属层222可以增强热管20与第二金属层302和第四金属层42的结合力。
其中，第一连接金属层221和第二连接金属层222可以通过例如电镀工艺形成，其厚度可以为5微米至30微米，例如大约10微米。除了需在热管上下表面形成第一连接金属层221和第二连接金属层222外，电路板实施例2的制备方法可以参照上述电路板实施例3的制备方法进行。
电路板、电路板制备方法及紫外LED光固化模组实施例5
图16是电路板实施例5的结构示意图，如图16所示，电路板实施例5与实施例4的区别在于：铝热管20的上表面具有第一阳极氧化绝缘层211和形成在第一阳极氧化绝缘层211上的第一连接金属层221，铝热管20的下表面具有第二阳极氧化绝缘层212和形成在第二阳极氧化绝缘层212上的第二连接金属层222；导热焊盘设置在热管20的上表面，正极焊盘321和负极焊盘322则由绝缘基板10的上表面延伸至热管20的上表面。
其中，第一阳极氧化绝缘层211和第二阳极氧化绝缘层212通过对铝热管的上、下表面进行阳极氧化处理而形成，其厚度可以为10微米至50微米，例如大约30微米。第一连接金属层221和第二连接金属层222例如均包括覆盖相应阳极氧化绝缘层的钛层、覆盖钛层的铜层；第一连接金属层221和第二连接金属层222可以通过例如PVD工艺形成，其厚度可以为5微米至30微米，例如大约10微米。
除了需在热管上下表面先后形成阳极氧化绝缘层和连接金属层外，电路板实施例5的制备方法同样可以参照上述电路板实施例3的制备方法进行。
图17是紫外LED固化光源实施例5的结构示意图，如图17所示，紫外LED固化光源实施例5包括电路板实施例5和紫外LED灯珠100，紫外LED灯珠100的热沉101与导热焊盘31热连接，紫外LED灯珠100的正电极102和负电极103分别与正极焊盘321和负极焊盘322电连接。紫外LED灯珠100工作时所产生的热量通过热沉101传导至导热焊盘31，并经热管20和散热金属层40而快速散热；同时，正极焊盘321和负极焊盘322内的热量也可热管20和散热金属层40而快速散热。
虽然以上通过优选实施例描绘了本实用新型，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本实用新型的发明范围内，凡依照本实用新型所作的同等改进，应为本实用新型的保护范围所涵盖。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920047335.7
申请日:2019-01-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:44(广东)
授权编号:CN209418557U
授权时间:20190920
主分类号:H01L 33/64
专利分类号:H01L33/64;H01L33/62
范畴分类:38F;
申请人:力普士科技（珠海）有限公司
第一申请人:力普士科技（珠海）有限公司
申请人地址:519180 广东省珠海市斗门区新青科技工业园内A栋厂房（一楼E区）
发明人:李保忠;梁建北;杨美科
第一发明人:李保忠
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类型名称:外观设计