CN101039548A - 阳极氧化金属基板模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热辐射性能较好且制造成本降低了的阳极氧化金属基板模块。其设置有金属板。在该金属基板上形成阳极氧化膜。在该金属基板上安装发热器件。同样,在该阳极氧化膜上形成导线。

Description

阳极氧化金属基板模块
优先权请求
本申请要求于2006年3月17日向韩国知识产权局提交的第2006-25010号韩国专利申请的权益,其公开内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种安装有诸如发光二极管和功率芯片(powerchip)的发热器件的基板模块,更具体地,涉及一种热辐射性能较好的阳极氧化金属基板模块,其可应用于背光组件和表面光源装置。
背景技术
近来,已经在进行研究,以提高电路板的热辐射性能。传统地,将发热器件安装在具有绝缘基底(base)基板的印刷电路板(PCB)上。然而,典型的PCB(比如安装有诸如产生相当多热量的发光二极管或功率芯片的器件)由于其低劣的传热性能会在可靠性方面降低。具有低热辐射性能的典型PCB证实对液晶显示器(LCD)的背光组件或表面光源装置不利。
图1是示出了传统印刷电路板(PCB)的示意性横截面图。参照图1,PCB 10包括由树脂或塑料制成的绝缘基底基板11和分别形成在基底基板11上面和下面的上部和下部导线14。上部和下部导线14可以通过例如导电过孔彼此电连接。除了电连接的这种作用外,该过孔15可以作为传热路径。将元件(如,LED或功率芯片)安装在基底基板11上,以使其连接至导线14。
由于低成本的材料和简单的可加工性,这种传统PCB 10相对便宜。但是,由于其高热阻,PCB 10热辐射性能较差。在克服该问题的努力中,已经提出一种金属芯PCB(MCPCB),其采用具有极好的传热性能的金属元件。图2是示出MCPCB的示意性横截面图。参照图2,MCPCB 20包括由Al制成的金属芯基板21和形成在其上的聚合物绝缘层23。导线25形成在聚合物绝缘层23上,并且必要器件27和28安装在聚合物绝缘层23上。该MCPCB 20表现出高于传统的PCB(如图1)的热辐射性能。然而,MCPCB 20采用具有相对较高导热性的高成本聚合物绝缘层23,因此,其制造成本显著增加。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题而提出了本发明,且因此本发明的一个方面在于提供一种热辐射性能优异的阳极氧化金属基板模块,其可以以低成本来制造,且适用于内部具有发光二极管的表面光源装置或背光单元。
根据本发明的一方面,该阳极氧化金属基板模块包括:金属板;阳极氧化膜,形成在金属板上;发热器件,诸如安装在该金属板上的LED或功率芯片;以及导线,形成在阳极氧化膜上。
金属板可由以相对较低成本可得到的Al或Al合金制成。可替换地,金属板可由诸如钛和镁的可阳极氧化材料制成。
根据本发明的实施例,发热器件包括至少一个发光二极管。例如,阳极氧化金属基板模块可以具有诸如安装在金属板上的LED的多个光源,从而,用作表面光源装置或背光组件。发热器件可以包括诸如功率芯片的功率器件。
根据本发明的实施例,阳极氧化膜形成在金属板上,以选择性地露出金属板上表面的部分。此处,为了更有效地辐射来自发热器件的热量,将发热器件安装在金属板上表面的露出部分上。
阳极氧化金属基板模块可以进一步包括金属层,该金属层形成在金属板上表面的露出部分上。金属层可以是安装发热器件时用于焊接的镀层。可替换地,金属层可以是用于安装发热器件的金属糊(paste)。阳极氧化金属基板模块可以进一步包括绝缘层,该绝缘层介于金属层与金属板之间。绝缘层用于使安装在金属层上的器件与金属板绝缘。
根据本发明另一实施例,阳极氧化膜形成在金属板上,以选择性地露出金属板上表面的部分,且至少一个凹槽形成在金属板上表面的露出部分内,该凹槽限定反射杯。发光二极管可以设置在反射杯的底面上。
从而,基板模块的热辐射性能得以显著提高,且因此可以向表面光源装置或具有高发光效率的基于LED的背光组件提供高发光效率。
根据本发明的另一实施例,阳极氧化金属基板模块进一步包括散热片,该散热片一体形成在金属板的下面,以使得能够进行更大面积的空气接触。例如,散热片包括从金属板的下侧表面垂直延伸的冷却翅片。
与传统的基板模块相比,本发明的基板模块在热辐射性能和制造成本方面得以显著提高。该基板模块可以具有安装在其上的多个LED(例如,多个蓝色的、绿色的和红色的LED),以适用于高质量的表面光源或背光组件。可替换地,本发明的基板模块可被用作用于安装诸如产生大量热量的功率芯片的器件的电路板模块,。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述,本发明的上述和其它目的、特征及其它优点将变得更容易理解,附图中:
图1是示出传统印刷电路板(PCB)的示意性横截面图;
图2是示出传统金属芯印刷电路板(MCPCB)的示意性横截面图;
图3是示出根据本发明实施例的阳极氧化基板模块的示意图;
图4是示出根据本发明另一实施例的阳极氧化金属基板模块的示意图;
图5是示出根据本发明修改实施例的阳极氧化金属基板模块的视图;
图6是示出根据本发明又一实施例的阳极氧化金属基板模块的局部横截面图;
图7是示出根据本发明又一实施例的阳极氧化金属基板的一部分的局部横截面图;
图8是示出根据本发明又一实施例的阳极氧化金属基板模块的示意性横截面图;
图9是示出用于对比实例1的热阻的模拟结果的视图;
图10是示出用于对比实例2的热阻的模拟结果的视图;以及
图11示出用于发明实例的热阻的模拟结果。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。然而,本发明可以以许多不同的形式来实施,而不应该被理解为局限于此处所列出的实施例。相反,提供这些实施例,是为了使本公开更全面和完整,并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。附图中,为了清楚起见,放大了形状和尺寸,且在整个说明书中,使用相同的参考标号表示相同或相似的部件。
图3是示出根据本发明实施例的阳极氧化金属基板的示意图,其中,图3(a)是横截面图,图3(b)是平面图。参照图3,阳极氧化金属基板100包括由Al或Al合金制成的金属板101和形成在金属板101上的Al阳极氧化膜103。诸如发光二极管和功率芯片的多个发热器件106至111安装在金属板101上。导线105形成在阳极氧化膜103上,以使器件106至111彼此电连接。因此,阳极氧化膜103用于使导线105与金属板101绝缘。诸如连接器120的其它元件可以设置在阳极氧化膜103的部分上,以电连接至导线。导线105可以通过涂敷导电糊(paste)、沉积金属或进行喷墨印刷法而形成。
Al是金属材料,其可以容易地以相对较低的成本而获得,且具有极好的热传递性能。此外,通过使Al阳极氧化而得到的Al阳极氧化膜Al2O3具有10至30W/mK的相对较高的热传递系数。因此,阳极氧化金属基板100表现出比诸如PCB或MCPCB的传统聚合物基板更好的热辐射性能。此外,对Al进行阳极氧化是众所周知的简单工艺,其成本低廉且加工时间短。从而,本发明的基板模块可以通过非常简单的工艺来制造。
在该实施例中,基底基板(即,金属板102)由Al或Al合金制成,而阳极氧化膜103由Al2O3制成。但是本发明不限于此。金属板可以由其它可阳极氧化的金属(例如,钛或镁)制成。但是优选地,金属板主要由便宜且稳定的Al构成。
阳极氧化金属基板模块100适宜用于LCD显示器的背光组件或表面光源装置。即,所安装的发热器件106至111被设置为多个LED,从而获得热辐射性能极好的高质量表面光源装置。例如,在阳极氧化金属基板模块100内设置多个红色的、绿色的和蓝色的发光的LED。这使得阳极氧化基板模块100能够用作用于背光的发射白光的表面光源。将LED基板作为表面光源的一个问题涉及到如何有效地将由LED产生的大量的热辐射到外部。从这方面来看,本发明的阳极氧化金属基板模块作为表面光源或背光组件是非常有用的。
阳极氧化金属基板模块100不仅可以作为表面光源而且也可以作为通常的电路基板模块而提供其实用性。例如,阳极氧化金属基板模块100可以用作适于安装诸如产生大量热的功率芯片或其它集成电路器件的器件的电路板,。
图4是示出根据本发明另一实施例的阳极氧化金属基板模块200的示意图,其中图4(a)是横截面图,图4(b)是示意性平面图。在该实施例中,阳极氧化膜形成在金属板101的选择部分上,以更有效地辐射来自发热器件的热量。这里,金属板101直接用作传热路径。
参照图4,阳极氧化膜113形成在金属板101上,以选择地露出金属板101上表面的部分。多个发热器件106至108安装在金属板101上表面的露出部分104上。金属板101的导热率(几百W/mK)比阳极氧化膜113的高很多。因此,由直接安装在露出部分104上的器件所产生的热量可以更有效地辐射到外部。为了方便起见,导线105和器件106至108未在图4(b)的平面图中示出。
为了在金属板101上选择性地形成阳极氧化膜113,对金属板的整个上表面进行阳极氧化,以形成阳极氧化膜,接着,去除阳极氧化膜的选择部分。即,相继进行金属板整个上表面的阳极氧化和阳极氧化膜的选择部分的去除(或蚀刻),以在金属板101上形成选择性阳极氧化膜113。
可替换地,通过在阳极氧化期间使用适当的掩膜图案,可以直接形成选择性阳极氧化膜113。例如,在金属板101的上表面上形成诸如抗蚀图案或氧化膜图案的掩膜图案,接着,对金属板101进行阳极氧化。这使得金属板101上表面的选择部分被阳极氧化,从而形成阳极氧化膜113,该膜选择性地露出金属板101上表面的其它部分。
图5示出根据本发明修改实例的图4的阳极氧化金属基板模块。参照图5,阳极氧化金属基板模块200′包括阳极氧化膜113,该膜以与图4中的模块相同的方式形成在金属板的部分上。在该实施例中,金属层130附加地形成在金属板101上表面的露出部分104上。诸如LED和功率芯片的发热器件106至108安装在金属层130上。
金属层130可以是安装发热器件106至108时用于焊接的镀层。可替换地,金属层130可以是用于安装发热器件106至108的金属糊。例如,金属糊形成在露出部分104上,接着,在LED或功率芯片设置在露出部分104上之后被固化。这明显缩短了具有极好热辐射性能的基板模块的制造时间。
图6是示出根据本发明实施例的阳极氧化金属基板的局部横截面图。如图6所示,绝缘层140和金属层130顺序叠置在金属板101上表面的每个露出部分104上。即,金属层130不直接形成在金属板101上,而是绝缘层140介于金属层130与金属板101之间。绝缘层140可以由表现出相对好的热传递性能的Al2O3制成。绝缘层140使金属层130与金属板101绝缘。从而,这使得安装在金属层130上的发热器件(未示出)的底面与金属板101绝缘。当发热器件不能使用金属板作为共同电极时,这种结构可能是必要的。
图7是示出根据本发明另一实施例的阳极氧化金属基板的局部横截面图。参照图7,在金属板101上形成阳极氧化膜113,以选择性地露出金属板101上表面的部分。同样,在金属板101上表面的露出部分内形成至少一个凹槽114,以限定反射杯。诸如LED 126的发光器件可以安装在反射杯的底面上。可以通过选择性阳极氧化和蚀刻来形成凹槽114。即,通过使用选择性阳极氧化膜113作为掩膜来对金属板上表面的露出部分(图4的104)进行阳极氧化。然后,对阳极氧化得到的结构进行蚀刻,以形成凹槽114。
图7的阳极氧化金属基板模块可用作具有极好热辐射性能和高发光效率的表面光源装置或基于LED的背光组件。即,反射杯由诸如Al的高反射金属制成,从而其内表面可以提供具有高反射率的反射表面124。该反射杯沿期望的射出方向有效地反射来自LED的光,从而进一步提高发光效率。同样,由诸如Al的金属材料制成的基板本身保证了极好的传热性能。
图8是示出根据本发明又一实施例的阳极氧化金属基板模块的示意图。参照图8,阳极氧化金属基板模块300包括作为下部结构的金属板102,其有利于更有效地辐射热量。即,在金属板102的下面一体形成散热片,以使得能够进行更大面积的空气接触。因此,这产生附加的冷却效果。具体地,散热片从金属板102的下侧表面垂直延伸。
如上所述,散热片一体形成在金属板102的下面。这消除了对于将离散的散热片结合到PCB或MCPCB的下侧表面的传统繁琐工艺的需要。同样,一体形成的散热片(较宽意义上的散热片)解决了诸如可由散热片与基板之间的结合引起的结合材料性能退化等的可靠性问题。
实例
为了在PCB或MCPCB与本发明的阳极氧化金属基板模块之间进行传热性能的比较和确认,发明者进行了基于计算机模拟的试验。为了进行这些模拟试验,根据对比实例1、对比实例2和发明实例设定样本。对比实例1是传统的基于树脂(FR4)的PCB(如图1中所设置)。对比实例2是使用Al芯的MCPCB(参照图2)。发明实例(如图3所示)是具有Al板/Al阳极氧化膜的叠置结构的阳极氧化基板模块。在对比实例2中,MCPCB包括传统聚合物绝缘层,其具有大约1.3W/mK的导热系数。相反,Al阳极氧化膜具有10W/mK到30W/mK的导热系数。
图9至图11示出关于三个样本(对比实例1、对比实例2和发明实例)的热阻的模拟结果。图9和图10分别示出对比实例1和2的热阻的模拟结果。图11示出发明实例的热阻的模拟结果。参照图9至图11,最上层内的一小部分表示发热器件。最下层对应基板(图11中的Al板)。中间层表示聚合物(图9和图10)或Al阳极氧化膜(图11)。
在图9至图11中,相同颜色代表相同温度。根据模拟结果,对比实例1中的热阻系数标示在17.9,对比实例2中的热阻系数标示在12.171。同时,发明实例的热阻系数仅标示在10.6。此处,热阻系数表示温度最高的发热器件D与温度最低的基板底面之间的温差。对于热阻的这些模拟结果证实了,本发明的基板模块相对于现有技术显示出优异的热辐射性能。
如上所述,根据本发明的示例性实施例,使用了金属板/阳极氧化膜的叠置结构,从而显著地提高热辐射性能、降低制造成本、以及简化制造工艺。所采用的阳极氧化金属基板模块使得具有极好热辐射性能的安装有表面光源、背光组件或其它发热器件的电路板的结构变得简单。
虽然已经结合优选实施例示出并描述了本发明,但是对本领域技术人员来说很显然,在不背离所附权利要求所限定的本发明精神和范围的前提下,可以进行各种修改和变化。

Claims (12)

1.一种阳极氧化金属基板模块,包括:
金属板;
阳极氧化膜,形成在所述金属板上;
发热器件,安装在所述金属板上;以及
导线,形成在所述阳极氧化膜上。
2.根据权利要求1所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述金属基板包含Al或Al合金。
3.根据权利要求1所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述发热器件包括至少一个发光二极管。
4.根据权利要求1所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述阳极氧化金属基板模块用于表面光源装置或背光组件。
5.根据权利要求1所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述阳极氧化膜形成在所述金属板上,以选择性地露出所述金属板的上表面的一部分。
6.根据权利要求5所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述发热器件安装在所述金属板的上表面的所述露出部分上。
7.根据权利要求5所述的阳极氧化金属基板模块,进一步包括形成在所述金属板的上表面的所述露出部分上的金属层。
8.根据权利要求7所述的阳极氧化金属基板模块,进一步包括介于所述金属层与所述金属板之间的绝缘层。
9.根据权利要求3所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述阳极氧化膜形成在所述金属板上,以选择性地露出所述金属板的上表面的一部分,
所述金属板具有至少一个凹槽,所述凹槽形成在所述金属板的上表面的所述露出部分内,所述凹槽限定反射杯,以及所述发光二极管设置在所述反射杯的底面上。
10.根据权利要求9所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述阳极氧化金属基板模块用于表面光源装置或背光组件。
11.根据权利要求1所述的阳极氧化金属基板模块,进一步包括一体形成在所述金属板的下面的散热片,使得能够进行更大面积的空气接触。
12.根据权利要求11所述的阳极氧化金属基板模块,其中,所述散热片包括从所述金属板的下侧表面垂直延伸的冷却翅片。
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