TWI688129B - 鋁合金導線架及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種鋁合金導線架及其製造方法，該導線架提供一鋁合金基板，其具有相對的一上表面和一下表面；其中，一反射複合層設置於該上表面，該反射複合層依序包括一第一中間層、一功能層及一反射層，該第一中間層設置於該鋁合金基板和該功能層間；以及一焊接複合層設置於該下表面，該焊接複合層依序包括一第二中間層、一焊接層及一第二保護層，該第二中間層設置於該鋁合金基板和該焊接層間，得一鋁合金導線架。本發明藉由提升該功能層及該焊接層與該鋁合金基板之結合力，改善一般鋁合金基板之各膜層附著性不佳、以及現有銅合金導線架反射率不佳的問題，不僅提升其應用價值，進而提供一價格及重量具優勢之導線架。
Description
本發明是關於一種導線架，尤指一種鋁合金導線架。
發光二極體(LED：Light Emitting Diode)做為光源之發光裝置，其高亮度、低耗能、體積小、壽命長，且穩定表現的特性，使其廣泛又快速的發展。當晶粒黏置於導線架上形成各類型LED時，導線架肩負高光提取效能、較佳導電性及熱傳導性等需求；市面常用之銅合金導線架具有熱傳導性佳及導電性佳的特性，又於銅合金導線架表面設置反光功能之金屬層，能有效提取從LED元件發出的光源。如中華民國發明專利第I564406號之LED用銅合金導線架及其製造方法，即使用銅合金做為導線架基板，其藉由改良銅合金基板的熱傳導性、導電性及表面粗糙度，並於表面形成銀層的反射層，提高由LED元件提取光效能的功效。
然而，銅合金之原物料價格高，且隨著現今電子產品要求輕薄短小的特性，藉由使用不同材質製造擁有相同或更佳效能之導線架，一直是業界努力的方向。
鋁合金不僅較銅合金有價格上的優勢，又鋁密度(2.7g/cm3)較銅密度低(8.9g/cm3)，使用鋁合金能達到減輕重量之目的；尤其，鋁合金之表面粗糙度優於銅合金，能製得反射率更佳的反射層。
但鋁與氧有強親和力，表面易形成氧化膜而削弱反射層與鋁的結合力，且鋁為化學活性高之兩性金屬，鍍膜前處理造成的鋁表面腐蝕會使鍍層結合力下降；導致具反射功能之鍍膜脫膜、焊接層分離，或是焊線脫落的現象，故普遍導線架之基材仍以銅與其合金居多。
有鑑於上述現有的鋁合金導線架存在技術缺陷，本發明之目的在於提供一種膜層附著性及反射率良好的鋁合金導線架，且其價格及重量具優勢。
為達成前述目的，本發明提供一鋁合金導線架，該鋁合金導線架提供一鋁合金基板，其具有相對的一上表面和一下表面；其中，一反射複合層設置於該上表面，該反射複合層依序包括一第一中間層、一功能層及一反射層，該第一中間層設置於該鋁合金基板和該功能層之間；以及一焊接複合層設置於該下表面，該焊接複合層依序包括一第二中間層、一焊接層及一第二保護層，該第二中間層設置於該鋁合金基板和該焊接層之間。
藉由上述的技術手段，本發明鋁合金導線架以鋁合金為基板，其表面粗糙度佳可提高反射率，且其熱傳導性佳可避免熱度峰值發生；另外，於鋁合金基板上設置反射複合層和焊接複合層，並控制第一中間層、功能層、反射層、第二中間層、焊接層及第二保護層的材料與厚度；其中，該第一中間層及該第二中間層能增強其上形成之膜層的附著性，並能降低因表面安裝元件(Surface-mounted device,SMD)產生熱能所造成的脫膜現象；再者，設置於該第一中間層上之該功能層，能使反射層附著良好且提高後續焊接的可焊性；反射層附著性佳，能突顯鋁合金表面低粗糙度之特性，提高反射率，進而有效提取從LED元件發出之光源。因此，上述技術手段不僅提高鋁合金基板上各膜層之間的附著性，相較於現有銅合金導線架，進而提供一反射率更高的鋁合金導線架，從而提升鋁合金導線架的應用價值。
依據本發明，可進一步於該反射複合層之該反射層上設置一第一保護層，該第一保護層可維持該反射層之膜層品質，因此可使該反射層維持其最佳反射率。
本發明另提供一鋁合金導線架的製造方法，其包括以下步驟：準備一鋁合金基板，其具有相對的一上表面和一下表面；於該鋁合金基板之該上表面依序設置一第一中間層、一功能層及一反射層，藉以於該鋁合金基板之該上表面形成一反射複合層，該反射複合層依序包括該第一中間層、該功能層及該反射層，該第一中間層設置於該鋁合金基板和該功能層之間；以及於該鋁合金基板之該下表面依序設置一第二中間層、一焊接層及一第二保護層，藉以於該鋁合金基板之該下表面形成一焊接複合層，該焊接複合層依序包括該第二中間層、該焊接層及該第二保護層，該第二中間層設置於該鋁合金基板和該焊接層之間，以形成該鋁合金導線架。
依據本發明之該鋁合金導線架的製造方法，於該反射複合層更包括一第一保護層，將該第一保護層設置於該反射層上。
依據本發明，該鋁合金導線架使用的該鋁合金基板，可為鍛造鋁合金，較佳的，該鍛造鋁合金之純度高於99.0%，包括鋁猛合金或鋁鎂合金；本發明可適用之鋁合金基板材料，如鍛造鋁合金之1000、3000或5000系列，但並非僅限於此；該鋁合金基板厚度介於0.1毫米(mm)至1.5mm，較佳的，厚度介於0.2mm至0.8mm。
依據本發明，該反射複合層及該焊接複合層分別設置該第一中間層及該第二中間層，該第一中間層及該第二中間層可選用相同或不同之材料，該第一中間層、該第二中間層之材料可包含鋁、鈦、鉻、鎳，其等之金屬合金、其等之氧化物、其等之氮化物、其等之氮氧化物、或其組合，但並非僅限於此；本發明可適用之第一中間層及第二中間層可例如鈦金屬層、鈦氧化物層、鋁鈦合金層、或氮化鋁鈦層，但並非僅限於此。
依據本發明，該第一中間層及該第二中間層厚度介於2奈米(nm)至1000nm，較佳的，厚度介於2nm至200nm。
依據本發明，該第一中間層及該第二中間層可使用包括電鍍、真空鍍膜技術等技術手段，但並非僅限於此。其中，真空鍍膜技術具有膜層與工件表面的結合力強、膜層沉積速率快、可鍍膜層種類廣，且膜層性能穩定等特性；例如，使用真空鍍膜技術將鈦金屬附著於鋁基材表面作為該第一中間層或該第二中間層之鍍膜材料，可提升該第一中間層及該第二中間層上形成之膜層的附著性。
依據本發明，該功能層之材料包括金屬或金屬合金，較佳的，可為銅層；該功能層厚度介於2nm至2500nm，較佳的，厚度介於100nm至1000nm。
依據本發明，該反射層之材料包括金屬或金屬合金，較佳的，該反射層可為銀層或鋁層。該反射層厚度介於50nm至6000nm，較佳的，厚度介於100nm至4000nm。
依據本發明，該第一保護層之材料包括非金屬低吸收材料，較佳的，該第一保護層可為矽氧化物層。該保護層之厚度介於0.5nm至20nm，較佳的，厚度介於0.5nm至10nm。
依據本發明，該焊接層之材料可使用包括金屬或金屬合金，較佳的，該焊接層可為銅層。該焊接層厚度介於100nm至5000nm，較佳的，厚度介於500nm至1000nm；且該鋁合金基板之表面鍍上該焊接層於25℃下具有不超過1.2×10-1歐姆．平方毫米/公尺(Ω mm2/m)之電阻率。
依據本發明，該第二保護層之材料包括金屬或金屬合金，較佳的，該第二保護層可為銀層。該保護層厚度介於50nm至1000nm，較佳的，厚度介於50nm至200nm。
依據本發明，導線架不僅可應用於二極體和發光二極體的產品，亦可應用於積體電路，例如用於半導體，作為晶片及印刷電路板線路的連接元件，但並非僅限於此。
因此，本發明提高該鋁合金導線架之各膜層之間的附著性，並提供一相較現有銅合金導線架之反射率更好的鋁合金導線架，有效降低產品價格、減輕重量，進一步提升該鋁合金導線架的應用價值。
1、1’、1”:鋁合金導線架
2:銅合金導線架
11、11’:上表面
21:反射複合層
L1:鋁合金基板
L1’:銅合金基板
12、12’:下表面
22:焊接複合層
L2:第一中間層
L3、L3’:功能層
L4、L4’:反射層
L5:第一保護層
L6:第二中間層
L7:焊接層
L8:第二保護層
圖1為實施例1之鋁合金導線架的剖面圖。
圖2為實施例2之鋁合金導線架的剖面圖。
圖3為比較例1之銅合金導線架的剖面圖。
圖4為比較例2之鋁合金導線架的剖面圖。
以下列舉數種實施例及比較例說明本發明之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
實施例1：鋁合金導線架
如圖1所示，實施例1之鋁合金導線架係經由以下方法所製得。首先，選用5005系列之鋁鎂合金作為鋁合金基板L1，其厚度為0.3mm；基材可為捲料之形式，以連續式製程進行製造。以真空鍍膜技術，於該鋁合金基板L1之上表面11形成第一中間層L2，第一中間層L2為鈦金屬層，其厚度為20nm；接著，以真空鍍膜技術，於第一中間層L2上形成功能層L3，功能層L3為銅層，其厚度為800nm；再以真空鍍膜技術，於該鋁合金基板L1之下表面12形成第二中間層L6，第二中間層L6為鈦金屬層，其厚度為20nm；下一步，以真空鍍膜
技術，於第二中間層L6上形成焊接層L7，焊接層L7為銅層，其厚度為800nm；另以電鍍法於功能層L3上形成反射層L4，反射層L4為銀層，其厚度2000nm；最後，以電鍍法於焊接層L7上形成第二保護層L8，第二保護層L8為銀層，其厚度為1000nm。鍍膜後之鋁合金基板經沖壓加工成型，得一鋁合金導線架1。
請參閱圖1所示，鋁合金導線架1具有鋁合金基板L1、反射複合層21及焊接複合層22，該鋁合金基板L1上具有相對的上表面11和下表面12。該反射複合層21設置於該上表面11，該反射複合層21包括第一中間層L2、功能層L3及反射層L4；而該下表面12設置焊接複合層22，該焊接複合層22具有第二中間層L6、焊接層L7及第二保護層L8。
實施例2：鋁合金導線架
如圖2所示，實施例2之鋁合金導線架製作過程係全程使用真空鍍膜技術並經由以下方法所製得。首先，選用1085系列之鋁合金作為鋁合金基板L1，其厚度為0.2mm；基材可為捲料之形式，以連續式製程進行製造。於該鋁合金基板L1之上表面11形成第一中間層L2，第一中間層L2為鈦氧化物層(TiOx)，其厚度為10nm；接著，於第一中間層L2上形成功能層L3，功能層L3為銅層，其厚度為800nm；並於功能層L3上形成反射層L4，反射層L4為銀層，其厚度1000nm；再於反射層L4上形成第一保護層L5，第一保護層L5為矽氧化物層(SiOx)，其厚度為10nm；下一步，於該鋁合金基板L1之下表面12形成第二中間層L6，第二中間層L6為鈦氧化物層(TiOx)，其厚度為10nm；再於第二中間層L6上形成焊接層L7，焊接層L7為銅層，其厚度為400nm；最後，於焊接層L7上形成第二保護層L8，第二保護層L8為銀層，其厚度為500nm。鍍膜後之鋁合金基板經沖壓加工成型，得一鋁合金導線架1’。
請參閱圖2所示，鋁合金導線架1’具有鋁合金基板L1、反射複合層21及焊接複合層22，該鋁合金基板L1上具有相對的上表面11和下表面12。該
反射複合層21設置於該上表面11，該反射複合層21包括第一中間層L2、功能層L3及反射層L4，及第一保護層L5；而該下表面12設置焊接複合層22，該焊接複合層22具有第二中間層L6、焊接層L7及第二保護層L8。
比較例1：銅合金導線架
另為方便比較其他材質的導線架和上述實施例1及2的鋁合金導線架於附著性及反射率的差異，本發明另製備一銅合金導線架2，如圖3所示，比較例1之銅合金導線架係經由以下方法所製得。首先，選用銅合金基板L1’，其厚度為0.2mm；以電鍍法於該銅合金基板L1’之上表面11’形成功能層L3’，功能層L3’為銅層，其厚度為100nm至200nm；接著，以電鍍法於功能層L3’上形成反射層L4’，反射層L4’為銀層，其厚度為2500nm。鍍膜後之銅合金基板經沖壓加工成型，得一銅合金導線架2。
請參閱圖3所示，銅合金導線架2具有銅合金基板L1’、該銅合金基板L1’上具有相對的上表面11’和下表面12’。該上表面11’設置包括功能層L3’及反射層L4’。
比較例2：無第一中間層之鋁合金導線架
另為方便比較不具第一中間層之導線架和上述實施例1及2的鋁合金導線架於附著性之差異，本發明另製備一鋁合金導線架1”。如圖4所示，比較例2之鋁合金導線架係經由以下方法所製得。首先，選用鋁合金基板L1，其厚度為0.2mm，以真空鍍膜技術於鋁合金基板L1之上表面11形成功能層L3，功能層L3為銅層，其厚度為1000nm；接著，以電鍍法於功能層L3上形成反射層L4，反射層L4為銀層，其厚度為2000nm。鍍膜後之鋁合金基板經沖壓加工成型，得一鋁合金導線架1”。
請參閱圖4所示，鋁合金導線架1”具有鋁合金基板L1、該鋁合金基板L1上具有相對的上表面11和下表面12。該上表面11設置功能層L3及反射層L4。
試驗例：導線架之特性分析
本試驗例係由如下所述之相同試驗方法分析實施例1及2之鋁合金導線架試片、以及比較例1之銅合金導線架試片和比較例2之鋁合金導線架試片的附著性測試與全反射率測試。
試驗方法：
1.附著性測試：本試驗例所選用的測試樣品係以前述各實施例及比較例未經沖壓加工前但已鍍完膜層之合金基板(以下簡稱為導線架試片)進行測試。將210(mm)×297(mm)之A4尺寸的導線架試片於180℃分別烘烤1小時及4小時，待導線架試片冷卻至室溫，使用日本米奇邦膠帶(Nichiban)進行附著性測試；將膠帶黏貼至導線架試片之上表面鍍好的膜層，以45度角快速拉起膠帶，觀察膠帶黏貼撕膜後之樣品的膜層與基板間是否有脫膜狀況；若導電架試片有1.0mm以上之脫膜情況，或導電架試片之0.3mm至1.0mm的脫膜情況多於7處，代表鋁合金之鍍層結合力效果不佳，判定為膜層附著性不佳，於下表1中表示為「NG」；若導線架試片之膠帶黏貼撕膜後之脫膜情況小於0.3mm，或導電架試片之0.3mm至1.0mm的脫膜情況為7處以下，則判定為膜層附著性良好，於下表1中表示為「OK」。
2.全反射率測試：依據DIN 5036 part 3規定的量測方法，將導線架試片置於反射/穿透率量測儀(型號：LMT RT-500)之測量口，其光源之可見光範圍介於380nm至780nm，進行全反射率量測；全反射率數值越高，表示導線架試片之反射層的反射率良好。
表1：實施例1和2與比較例1和2之導線架試片特性分析結果。
如上表1所示，比較附著性測試結果，將具有第一中間層之實施例1、2的鋁合金導線架對照比較例2之不具第一中間層的鋁合金導線架，實施例1、2之鋁合金導線架的附著性測試皆良好，而比較例2之不具第一中間層的鋁合金導線架的試驗結果為NG；代表第一中間層應用於實施例1及2之鋁合金導線架能有效提高鋁合金基板與各膜層之間的附著性。
將實施例1及2之鋁合金導線架的全反射率測試結果與比較例1之銅合金導線架的全反射率測試結果做比較，實施例1及2之鋁合金導線架的全反射率皆達97%，高於比較例1之銅合金導線架的全反射率；代表若將實施例1及2的鋁合金導線架應用於發光二極體上時，可因其具有較高的反射率，達到更好的光提取效能。
導電率：實施例1及2所選用之鋁合金基板之電阻率於25℃下皆不超過1.2×10-1Ω mm2/m。
綜合上述分析結果可知，本發明之技術手段能有效提升鋁合金導線架之各膜層之間的附著性，且鋁合金導線架具有良好的反射率，並降低生產成本及減輕導線架重量，進而提升本發明的應用價值。
Claims (12)
- 一種鋁合金導線架，其包含：一鋁合金基板，其具有相對的一上表面和一下表面；以及一反射複合層，其設置於該上表面，該反射複合層依序包括一第一中間層、一功能層及一反射層，該第一中間層設置於該鋁合金基板和該功能層之間；以及一焊接複合層，其設置於該下表面，該焊接複合層依序設置包括一第二中間層、一焊接層及一第二保護層，該第二中間層設置於該鋁合金基板和該焊接層之間；其中，該第一中間層及該第二中間層之材料包含鋁、鈦、鉻、鎳或其之金屬合金、其之氧化物、其之氮化物、或其之氮氧化物。
- 如請求項1所述之鋁合金導線架，其中該反射複合層更包括一第一保護層，該第一保護層設置於該反射層上。
- 如請求項1所述之鋁合金導線架，其中該鋁合金基板的厚度介於0.1mm至1.5mm。
- 如請求項3所述之鋁合金導線架，其中該第一中間層及該第二中間層為一鈦金屬層、一鈦氧化物層、一鋁鈦合金層、或一氮化鋁鈦層。
- 如請求項1所述之鋁合金導線架，其中該功能層之材料包含金屬或金屬合金；該反射層之材料包括金屬或金屬合金；該焊接層之材料包括金屬或金屬合金；該第二保護層之材料包括金屬或金屬合金。
- 如請求項5所述之鋁合金導線架，其中該功能層為一銅層；該反射層為一銀層或一鋁層；該焊接層為一銅層；該第二保護層為一銀層。
- 如請求項2所述之鋁合金導線架，其中該第一保護層之材料包含非金屬的低吸收材料。
- 如請求項7所述之鋁合金導線架，其中該第一保護層為一矽氧化物層。
- 如請求項2所述之鋁合金導線架，其中該第一中間層及該第二中間層厚度介於2nm至1000nm；該功能層厚度介於2nm至2500nm；該反射層厚度介於50nm至6000nm；該焊接層厚度介於100nm至5000nm；該第二保護層厚度介於50nm至1000nm；該第一保護層厚度介於0.5nm至20nm。
- 一種鋁合金導線架的製造方法，其包括以下步驟：準備一鋁合金基板，其具有相對的一上表面和一下表面；於該鋁合金基板之該上表面依序設置一第一中間層、一功能層及一反射層，藉以於該鋁合金基板之該上表面形成一反射複合層，該反射複合層依序包括該第一中間層、該功能層及該反射層，該第一中間層設置於該鋁合金基板和該功能層之間；以及於該鋁合金基板之該下表面依序設置一第二中間層、一焊接層及一第二保護層，藉以於該鋁合金基板之該下表面形成一焊接複合層，該焊接複合層依序包括該第二中間層、該焊接層及該第二保護層，該第二中間層設置於該鋁合金基板和該焊接層之間，以形成一鋁合金導線架。
- 如請求項10所述之製造方法，其中該製造方法所製得之該反射複合層更包括一第一保護層，該第一保護層設置於該反射層上。
- 如請求項10或11所述之製造方法，其中該製造方法所製得之鋁合金導線架係如請求項3至9中任一項所述之鋁合金導線架。
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