TWI882689B - 具散熱功能的電路板結構 - Google Patents

Abstract

一種具散熱功能的電路板結構，包含：至少一基板，各基板包含一基材與一導電層，其中至少一基板中包含一第一基板，第一基板包含一第一基材與設於第一基材上的一第一導電層；以及一防焊保護層，設置於導電層上；其中當至少一基板中包含第一基板與一第二基板時，具散熱功能的電路板結構又包含一黏結層，黏結層接著於第一基板與第二基板之間。防焊保護層與黏結層中至少其一的組成物包含一氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料將基板上的廢熱以輻射散熱方式傳遞至基板的外部。

Description

具散熱功能的電路板結構

本發明提供一種具散熱功能的電路板結構，藉由輻射散熱方式將電路板上的熱能傳遞至外部。

既有的電路板散熱技術，通常為藉由金屬散熱鰭片等方式，將電路板內部的產熱，傳送至電路板外部。此方式的散熱，主要為藉由電路板與散熱鰭片間的熱傳導、以及散熱鰭片間空氣的熱對流，以產生所需的散熱效果。當散熱需求越高時，散熱鰭片的數量也隨之增加，需搭配許多散熱鰭片設置空間，這設計十分耗能與佔空間。

關於前述之技術需要，本發明提供一種具散熱功能的電路板結構，其包含：至少一基板，各基板包含一基材與一導電層，其中至少一基板中包含一第一基板，第一基板包含一第一基材與設於第一基材上的一第一導電層；以及一防焊保護層，設置於導電層上；其中當至少一基板中包含第一基板與一第二基板時，具散熱功能的電路板結構又包含一黏結層，黏結層接著於第一基板與第二基板之間。防焊保護層與黏結層中至少其一的組成物包含一氧化鋁-氮化硼-富勒烯複 合材料，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料將基板上的廢熱以輻射散熱方式傳遞至基板的外部。

一實施例中，導電層包覆於第一基材的頂面、或包覆於頂面與相對於頂面的第一基材的底面，防焊保護層包覆於導電層上。

一實施例中，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料中包含多個複合物微粒，各複合物微粒中氧化鋁位於複合物微粒的中心，氧化鋁為多個三明治結構所包圍，各三明治結構依序為氮化硼、富勒烯、氮化硼所組成的複合結構。

一實施例中，複合物微粒的粒徑較佳範圍為0.01μm至60μm。

一實施例中，黏結層的組成物包含氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料，其中第一基材為一高熱輻射穿透材料所製作，黏結層產生的熱輻射，穿透第一基材；或者第一基板上包含一熱輻射穿透部，黏結層產生的熱輻射，穿透熱輻射穿透部。

一實施例中，熱輻射穿透部中，導電層與第一基板具有貫穿孔，黏結層產生的熱輻射，穿透貫穿孔，到達電路板結構的外部。

一實施例中，貫穿孔包含一相連貫穿孔、或一貫穿孔矩陣。

一實施例中，基材的組成物包含環氧樹脂、玻璃纖維不織物、聚酯纖維、電木、或多元酯材料。

一實施例中，防焊保護層與黏結層的組成物中，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料於組成物中的重量比範圍，較佳為2%至 30%，最佳為10%。

100,200:具散熱功能的電路板結構

10:基板

10a:第一基板

10a1:頂面

10a2:底面

10b:第二基板

12:基材

12a:第一基材

12b:第二基材

14:導電層

14a:第一導電層

14b:第二導電層

16:熱輻射穿透部

18:貫穿孔

SML:防焊保護層

PPL:黏結層

CMP:複合物微粒

SAS:三明治結構

圖1、2繪示根據本發明兩實施例中具散熱功能的電路板結構的剖面示意圖。

圖3繪示係根據本發明一實施例中氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料的複合物微粒的示意圖。

圖4繪示係根據本發明一實施例，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料中三明治結構的示意圖。

圖5繪示係根據本發明一實施例中富勒烯的長膠囊狀的分子結構示意圖。

圖6、7繪示係根據本發明兩實施例中具散熱功能的電路板結構的剖面示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參照圖1、2，關於前述之技術需要，本發明提供一種具散熱功能的電路板結構100、200，其包含：至少一基板10，各基板10包含一基材12與一導電層14，其中至少一基板10中包含一第一基板10a，第一基板10a包含一第一基材12a與設於第一基材12a上的一第一導電層14a(圖1的電路板結構100中，基板10僅包含第一基板10a、基材 12僅包含第一基材12a、導電層14僅包含第一導電層14a；圖2的電路板結構200中，基板10包含第一基板10a與第二基板10b、基材12包含第一基材12a與第二基材12b、導電層14包含第一導電層14a與第二導電層14b)；以及一防焊保護層SML，設置於導電層14上(或第一導電層14a與第二導電層14b上)；其中當至少一基板中包含第一基板10a與一第二基板10b時(例如圖2所示的電路板結構)，具散熱功能的電路板結構200又包含一黏結層(Prepreg layer)PPL，黏結層PPL接著於第一基板10a與第二基板10b之間。防焊保護層SML與黏結層PPL中至少其一的組成物，包含一氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料(圖3，其顯示氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料的複合物微粒CMP，其組成以及功能說明詳見後續實施例)，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料將基板10上的廢熱以輻射散熱方式傳遞至基板10的外部。本發明提供的電路板結構100、200，特別著重於輻射散熱的效果。本發明的技術，可基於既有電路板設計，進行部分調整，就可以產生高輻射散熱效果。例如，電路板結構100、200中防焊保護層SML的材料中，混入氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料；或者黏結層PPL的材料中混入氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料，如此可增加電路板的輻射散熱效果。

其中，防焊保護層SML可不限於一側(參照圖2)。例如，當電路板結構100下兩側皆有導電層14(例如，第一導電層14a與第二導電層14b)，防焊保護層SML也可有兩層，分別設置於不同位置的第一導電層14a與第二導電層14b上。

傳統的電路板散熱，未利用高效率的熱輻射來提高散熱 效果，多數使用散熱鰭片，其熱傳導效果尚可但佔據許多空間，其熱輻射效果卻十分有限。更進一步，熱輻射公式P=ε σ AT⁴中絕對溫度T為四次方，此四次方的溫度差所產生的熱輻射效果，可遠大於一次方的溫度差的熱傳導效果。其中，ε為物體表面放射率，σ為斯特凡-波耳茲曼常數，A為物體表面積。

一實施例中，第一導電層14a包覆於第一基材12a的頂面10a1(圖1)、或包覆於頂面10a1與相對於頂面10a1的第一基材12a的底面10a2(圖2)。導電層14可用於設置訊號線路、接地電路、提供EMS(Electromagnetic sensibility)的物理容受面積、與散熱等功能。防焊保護層SML包覆於導電層14上，可用於導電層14上錫時避免短路，也可於保護導電層14免於氧化。

一實施例中，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料中包含多個複合物微粒CMP(圖3，顯示複合物微粒CMP的橫斷面示意圖)，各複合物微粒CMP中氧化鋁位於複合物微粒CMP的中心，氧化鋁為多個三明治結構SAS所包圍(圖式中，三明治結構SAS圍繞氧化鋁的數量僅為示意)。各三明治結構SAS中依序為氮化硼、富勒烯、氮化硼所組成的複合結構，其中氮化硼面向氧化鋁(參照圖4)。三明治結構SAS中，氮化硼與富勒烯的縱向排列方向不同，複數個富勒烯排列於兩氮化硼，圖式中富勒烯的數量僅為示意。複合材料中各種材料為物理方式或化學方式結合而成。富勒烯分子式為C60(六十個碳原子組成的分子結構)，本發明所適用的富勒烯具有長膠囊狀的分子結構(參照圖5，其中粗黑點代表碳原子，分布於長膠囊狀的表面上)，不同於傳統富勒烯的 球狀的分子結構，長膠囊狀的富勒烯具有極佳的熱輻射與絕緣功能。 本發明所應用的長膠囊狀的富勒烯，具有0.98的高物體表面放射率(前述熱輻射公式中ε)。

一實施例中，複合物微粒CMP的粒徑較佳範圍為0.01μm至60μm。複合物微粒CMP各別尺寸極小，對既有防焊保護層SML或黏結層PPL的製程影響有限，例如混料過程中，融熔特性差異有限。現有電路板製程所需設備，不需要大幅度調整，就可實施本發明進行製作防焊保護層SML與黏結層PPL的組成物、與電路板結構。例如，混入氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料後，既有防焊保護層SML仍可藉由熱固化、感光固化(例如紫外線固化)等方式，進行製作。

一實施例中，第一基板10a上包含一熱輻射設計，黏結層PPL的組成物包含氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料，其中第一基材12a為一高熱輻射穿透材料所製作，黏結層PPL產生的熱輻射可穿透第一基材12a，以達到散熱效果；或者，第一基板10a上的熱輻射穿透部16(例如為圖6中貫穿孔18)，具有熱輻射穿透的散熱效果。

前述實施例以第一基板10a為例進行說明。實施時，第二基材12b也可依需要而藉由類似第一基板10a的設計，黏結層PPL產生的熱輻射穿透第二基板10b，到達電路板結構100的外部。

一實施例中，熱輻射穿透部16中，第一導電層14a與第一基板10a具有貫穿孔18，黏結層PPL產生的熱輻射，穿透貫穿孔18，到達電路板結構100的外部。

貫穿孔18可依需要而有不同的設計，一實施例中，貫穿 孔18包含一相連貫穿孔18、或一貫穿孔矩陣(例如圖7中貫穿孔18a、18b、18c)，用以穿透熱輻射。例如，當電路板設計許可時，可藉由一較大範圍的相連貫穿孔18，將黏結層PPL產生的熱輻射，透過第一基板10a，傳遞至電路板結構100外部。又或者，當電路板上線路較擁擠，可藉由第一導電層14a上多個較小貫穿孔(貫穿孔18a、18b、18c)，形成貫穿孔矩陣，以傳遞黏結層PPL產生的熱輻射。

此外，本發明的第一基板10a也可有其他熱輻射的設計，例如當第一基材12a為高熱輻射穿透材料所製作。或者，第一基材12a為高熱輻射穿透材料所製作，搭配局部無第一導電層14a(或者，第一導電層14a中局部挖空部分)的方式，以形成熱輻射穿透部。

一實施例中，包含氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料的防焊保護層SML、或包含氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料的黏結層PPL熱輻射能力，遠高於基板10。

一實施例中，基材12的組成物包含環氧樹脂、玻璃纖維不織物、聚酯纖維、電木、或多元酯材料。

一實施例中，防焊保護層SML與黏結層PPL的組成物混和比例中，氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料於組成物中的重量比範圍，較佳為2%至30%，最佳為10%。

根據申請人所做的初步實驗，防焊保護層SML或黏結層PPL中包含氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料時，電路板結構具有明顯的降溫效果，室溫下可降溫3至10度C。特別是高發熱元件，其效果最為顯著。故本發明是具有提升散熱功能的實際效果。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍以及所揭露之技術。任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本申請技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出結合、些許更動或修飾為等同變化的等效實施例。例如其中元件的數量、排列方式、尺寸等，可依需要而些許更動等，其不影響本申請技術方案範圍。

100:具散熱功能的電路板結構

10:基板

10a:第一基板

10a1:頂面

12:基材

12a:第一基材

14:導電層

14a:第一導電層

16:熱輻射穿透部

SML:防焊保護層

Claims (9)

1. 一種具散熱功能的電路板結構，包含：至少一基板，該至少一基板中包含一第一基板，該第一基板包含一第一基材與設於該第一基材上的一第一導電層；以及一防焊保護層，設置於該第一導電層上；其中當該至少一基板中包含該第一基板與一第二基板時，該具散熱功能的電路板結構又包含一黏結層，該黏結層接著於該第一基板與該第二基板之間；其中，該防焊保護層與該黏結層中至少其一的組成物包含一氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料，該氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料以輻射散熱方式將該基板上的熱能傳遞至該基板的外部；以及其中該氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料中包含多個複合物微粒，各該複合物微粒中氧化鋁位於該複合物微粒的中心，該氧化鋁為多個三明治結構所包圍，各該三明治結構中，包含兩個氮化硼與複數個富勒烯，該些富勒烯排列於兩個該氮化硼之間，各該三明治結構中一個該氮化硼面向該氧化鋁。
2. 如請求項1所述的具散熱功能的電路板結構，其中該第一導電層包覆於該第一基材的頂面、或包覆於該頂面與相對於該頂面的該第一基材的底面，該防焊保護層包覆於該第一導電層上。
3. 如請求項1所述的具散熱功能的電路板結構，其中該複合物微粒的粒徑較佳範圍為0.01μm至60μm。
4. 如請求項1所述的具散熱功能的電路板結構，其中該富勒烯具有長 膠囊狀的C60分子結構。
5. 如請求項1所述的具散熱功能的電路板結構，其中該黏結層的該組成物包含該氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料，其中該第一基材為一高熱輻射穿透材料所製作，該黏結層產生的熱輻射，穿透該第一基材；或者該第一基板上包含一熱輻射穿透部，該黏結層產生的該熱輻射，穿透該熱輻射穿透部。
6. 如請求項5所述的具散熱功能的電路板結構，其中該熱輻射穿透部中，該第一導電層與該第一基板具有貫穿孔，該黏結層產生的該熱輻射，穿透該貫穿孔，到達該電路板結構的外部。
7. 如請求項6所述的具散熱功能的電路板結構，其中該貫穿孔包含一相連貫穿孔、或一貫穿孔矩陣。
8. 如請求項1所述的具散熱功能的電路板結構，其中該基材的該組成物包含環氧樹脂、玻璃纖維不織物、聚酯纖維、電木、或多元酯材料。
9. 如請求項1所述的具散熱功能的電路板結構，其中該防焊保護層與該黏結層的組成物中，該氧化鋁-氮化硼-富勒烯複合材料於該組成物中的重量比範圍，較佳為2%至30%，最佳為10%。