PCB散热设计(学习总结供参考)

PCB散热设计
PCB中热量的来源主要有三个方面:(1)电子元器件的发热;(2) PCB本身的发热;(3) 其它部分传来的热。在这三个热源中,元器件的发热量最大,是主要热源,其次是PCB板产生的热,外部传入的热量取决于系统的总体热设计。大功率LED 的基板材料必须有高的绝缘电阻、高稳定性、高热导率、与芯片相近的热膨胀系数以及平整性和一定的机械强度。基于上述条件,少数金属或合金能满足高热导率、低膨胀系数的要求,但为了保障电绝缘性,需要在金属上涂覆一层高分子聚合物膜或者沉积一层陶瓷膜, 如传统的PCB金属基板由金属基片、绝缘介质层和铜泊构成。绝缘介质层一般采用环氧玻纤布粘结片或环氧树脂, 由于绝缘介质层的热导率普遍偏低(树脂类通常低于0.5W/m.K ) ,这导致整个器件的散热性能大大降低。

(1)PCB种类
LED常见基板通常有四类:传统且非常成熟的PCB、发展中的金属基板(MCPCB)、以陶瓷材料为主的陶瓷基板(Ceramic)、覆铜陶瓷基板(DBC)。其中覆铜陶瓷基板是将铜箔直接烧结到
v型钢陶瓷表面而形成的一种复合基板。PCB及MCPCB可使用于一般LED应用之产品。不过当单位热流密度较高时,LED散热基板主要采用金属基板及陶瓷基板两类强化散热。金属基板以铝(Al)及铜(Cu)为材料,可分为金属基材(metal base)、金属蕊(metal core)。金属基板制程尚需多一道绝缘层处理,目前全球主要散热绝缘胶厂商以美商及日商为主。
obd数据另一类是采用AlN、SiC、BeO等绝缘材料为主的陶瓷基板,由于本身材料就已经绝缘,因此不需要有绝缘层的处理。此外,陶瓷基板所能承受的崩溃电压,击穿电压(Break-down voltage)也较高,此外,其热膨胀系数匹配性佳,可减少热应力及热变形产生也是优点,可以说相当适合LED应用,目前确实已经有相当多LED产品采用,但目前价格仍贵,约为金属基板的2~3倍。
过去由于LED输出功率较小,因此使用传统FR4等玻璃环氧树脂封装基板,并不会造成太大的散热问题,但应用于照明用的高功率LED,虽芯片面积相当小,整体消费电力也不高,不过单位面积的发热量却很大。一般来说,树脂基板的散热,只能够支持0.5W以下的LED,超过0.5W以上的LED,多改用陶瓷基板或者高散热金属基板进行封装。Uninwell的低温共烧陶瓷金属基板技术首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板FS整流桥堆
集成供应链管理系统C系列,然后将LED芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路,不仅结构简单,而且由于材料热导率高,热界面少,大大提高了散热性能,为大功率LED阵列封装提出了解决方案。另外一种工艺为高导热性覆铜陶瓷板FSCC系列,由陶瓷基板(AlN或Al2O3)和导电层(Cu)在高温高压下烧结而成,没有使用黏结剂,因此导热性能好、强度高、绝缘性强。氮化铝(AlN)的热导率为160W/mk,热膨胀系数为4.0×10-6/℃(与硅的热膨胀系数3.2×10-6/℃相当),从而降低了封装热应力。
目前国内外封装基板技术主要有以下几种:

美国UOE公司制作的Norlux系列功率LED封装基板。其结构是在不锈钢板表面烧结一层搪瓷(Porcelain)。此封装基板的优点是易加工、机械强度高、易安装。其缺点是基材价格较高、介质膜层厚度较厚(大于100um) 、热导率仍然较低。
美国TT公司的Anotherm导热基板是在铝合金基片上硬质阳极氧化介质膜绝缘层,电极层用厚膜工艺丝印在绝缘层上。在一块Anotherm 板上可以开发多达3 层电路层。其优点是常温
电动理发剪工艺、原位生长介质膜层、易于后期加工、机械强度高,热导率比Norlux 系列有明显提高。
Lamina公司采用金属上低温共烧陶瓷(LTCC-M) 技术,将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的单层生瓷带,在生瓷带上利用打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形,然后将多层生瓷带叠轧在金属上,在大约900℃烧结,制成多层互连的三维电路基板。其优点是多层布线、金属散热、集成度较高、热导率好、机械强度高。其缺点是成本高、耗能大、工艺复杂且难于控制。
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本文发布于:2024-09-21 21:44:21,感谢您对本站的认可!

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