PCB散熱設(shè)計(jì)(學(xué)習(xí)總結(jié)供參考)

1、PCBPCB(1)電子元器件的發(fā)熱；(2)PCB(3) PCB的熱，外部傳入的熱量取決于系統(tǒng)的總體熱設(shè)計(jì)。大功率LED 的基板材料必需有高的絕緣電述條件，少數(shù)金屬或合金能滿足高熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)的要求，但為了保障電絕緣性， 需要在金屬上涂覆一層高分子聚合物膜或者沉積一層陶瓷膜， 如傳統(tǒng)的PCB、絕緣介質(zhì)層和銅泊構(gòu)成。絕緣介質(zhì)層一般承受環(huán)氧玻纖布粘結(jié)片或環(huán)氧樹脂， 由于絕緣介0.5W/m.K ) ，這導(dǎo)致整個(gè)器件的散熱性能大大降低。PCBLED 常見基板通常有四類：傳統(tǒng)且格外成熟的PCB、進(jìn)展中的金屬基板(MCPCB)、以陶瓷材料為主的陶瓷基板(Ceramic(DBCPCBMCPCB 可使用于一

2、般LED位熱流密度較高時(shí)，LED 散熱基板主要承受金屬基板及陶瓷基板兩類強(qiáng)化散熱。金屬基板以鋁(Al)及銅(Cu)為材料，可分為金屬基材(metal base)、金屬蕊(metal core)。金屬基板制程尚需多一道絕緣層處理，目前全球主要散熱絕緣膠廠商以美商及日商為主。另一類是承受AlN、SiC、BeO 等絕緣材料為主的陶瓷基板，由于本身材料就已經(jīng)絕緣，(Break-down voltage 以說(shuō)相當(dāng)適合LEDLED23過(guò)去由于LED 輸出功率較小，因此使用傳統(tǒng)FR4成太大的散熱問(wèn)題，但應(yīng)用于照明用的高功率LED，雖芯片面積相當(dāng)小，整體消費(fèi)電力也不高，不過(guò)單位面積的發(fā)熱量卻很大。一般來(lái)說(shuō)，樹

3、脂基板的散熱，只能夠支持0.5W 以下的LED0.5W 以上的LEDUninwell溫共燒陶瓷金屬基板技術(shù)首先制備出適于共晶焊的大功率LED 芯片和相應(yīng)的陶瓷基板FSCLED 路、驅(qū)動(dòng)電路及把握補(bǔ)償電路，不僅構(gòu)造簡(jiǎn)潔，而且由于材料熱導(dǎo)率高，熱界面少，大大提LEDFSCCAlNAl2O3和導(dǎo)電層Cu在高溫高壓下燒結(jié)而成，沒有使用黏結(jié)劑，因此導(dǎo)熱性能好、強(qiáng)度高、絕緣性強(qiáng)。氮化鋁AlN的熱導(dǎo)率為 160W/mk，熱膨脹系數(shù)為 4.0106/與硅的熱膨脹系數(shù)3.2106/相當(dāng)，從而降低了封裝熱應(yīng)力。目前國(guó)內(nèi)外封裝基板技術(shù)主要有以下幾種:UOE 公司制作的Norlux 系列功率LED瓷Porcelain

4、)。此封裝基板的優(yōu)點(diǎn)是易加工、機(jī)械強(qiáng)度高、易安裝。其缺點(diǎn)是基材價(jià)格較100um) 、熱導(dǎo)率照舊較低。TT 公司的AnothermAnotherm 板上可以開發(fā)多達(dá) 3是常溫工藝、原位生長(zhǎng)介質(zhì)膜層、易于后期加工、機(jī)械強(qiáng)度高，熱導(dǎo)率比Norlux 系列有明顯提高。Lamina(LTCC-M) 需要的電路圖形，然后將多層生瓷帶疊軋?jiān)诮饘偕?，在大約900燒結(jié)，制成多層互連的三 維電路基板。其優(yōu)點(diǎn)是多層布線、金屬散熱、集成度較高、熱導(dǎo)率好、機(jī)械強(qiáng)度高。其缺點(diǎn)是本錢高、耗能大、工藝簡(jiǎn)潔且難于把握。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三爭(zhēng)辯所制作體塊燒結(jié)氮化鋁單層基板。氮化鋁基板具有 高導(dǎo)熱、高電絕緣、低介電、低熱膨脹

5、的特點(diǎn)，其熱導(dǎo)率大約是氧化鋁陶瓷基板的十倍，熱膨脹系數(shù)與硅芯片接近。其缺點(diǎn)是體積大、本錢高、機(jī)械強(qiáng)度差、耗能高。國(guó)內(nèi)公司制作的鋁基覆銅 PCB 基板，此基板由鋁板、環(huán)氧樹脂或環(huán)氧玻璃布粘結(jié)片、銅餡三者經(jīng)熱壓而成。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)潔、易于后期加工、機(jī)械強(qiáng)度高、耗能較低。但是設(shè)備工藝簡(jiǎn)潔、散熱性能一般，特別是凹凸溫下介質(zhì)層熱導(dǎo)率不穩(wěn)定、抗剝離強(qiáng)度有所下降。LEDH n l*J0Bdq9v1S目前市面上較常見的陶瓷基板多為L(zhǎng)TCC 共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip) 封裝方式，而利用薄膜工藝技術(shù)所開發(fā)的陶瓷散熱基板 為此，以薄膜元件起家的璦司柏電子(ICP)，即針對(duì)自家開發(fā)之薄膜基板與傳

6、統(tǒng)厚膜基板進(jìn) 33薄膜制成薄膜制成厚膜制成線路精準(zhǔn)度較高，誤差值低于/1%以印刷方式成形，誤差值較高/10%精準(zhǔn)度鍍層材料穩(wěn)定度較高易受漿料均勻性影響材料鍍層外表平坦度高0.3m13m外表設(shè)備維護(hù)較不易，費(fèi)用較高生產(chǎn)設(shè)備上維護(hù)較為簡(jiǎn)易維護(hù)鍍層無(wú)需高溫?zé)Y(jié)，不會(huì)有氧化物生成，附著性受基板材質(zhì)影響，ALN基板尤差附著性附著性佳線路受網(wǎng)版張力及印刷次數(shù)影響，相對(duì)位置精使用曝光顯影，相對(duì)位置精準(zhǔn)度高位置準(zhǔn)度低PCB目前應(yīng)用于大功率LED 作散熱的PCBFR4、鋁合金基敷銅板MCPCB、柔性薄膜PCB 用膠粘在鋁合金板上的PCB。承受高導(dǎo)熱性介質(zhì)的MCPCB好的散熱性能，但價(jià)格較貴。15FR4 PCB4

7、FR4 PCB15FR4PCB 散熱層構(gòu)造圖4FR4PCB 各層的材料與熱導(dǎo)率ThicknessThicknessLayer/MaterialThermal conductivity (W/mK)(m)SnAgCu solder7558Top layer Top layer copper70398FR-415880.2Bottom layer copper70398ENIG(Electroless3558Nickel/Immersion Gold)16MCPCB5MCPCB16 MCPCB 散熱層構(gòu)造圖5MCPCB 各層的材料與熱導(dǎo)率ThicknessThicknessLayer/Materi

8、alThermal conductivity (W/mK)(m)SnAgCu solder7558PCB dielectric1002.2Al plate158815034PCBRthPCB = Rthlayer1 + Rthlayer2 + Rthlayer3 . + RthlayerNRth = L/(K A)其中：L 為構(gòu)造層的厚度；K 為熱傳導(dǎo)率；A 為面積。假設(shè)星型PCB1.6mm，270 mm2,30C/W2.JPG (960.05 KB, 下載次數(shù): 2)1.JPG (960.05 KB, 下載次數(shù): 0)FR4 PCB17FR4PCB 過(guò)孔設(shè)計(jì)構(gòu)造圖6FR4 PCB過(guò)孔各層的材

9、料與熱導(dǎo)率ThicknessThicknessLayer/MaterialThermal conductivity (W/mK)(m)SnAgCu solder7558Top layer copper70398FR-415880.2Filled vias158858(SnAgCu)Bottom layer copper70398Solder mask250.2(optional)LED(PCBMCPCBMCPCB 廉價(jià)很多。板厚和孔徑比率：*率,要到達(dá)牢靠的金屬化孔鍍層更困難；板厚和孔徑的比率8，線路板制作難度增加，費(fèi)用也會(huì)增加。FR4PCB0.6mm6(1.58810-3)/(58( (0.50.610-3)2) = 96.8C/W。NRthvias = l / (NKA)那么，PCB 的總熱阻可表示為FR4 的熱阻與實(shí)芯過(guò)孔熱阻的并聯(lián)，即：Rthvias | FR-4 =(1/Rthvias) + (1/RthFR-4)-16，270mm2、50.6mm 實(shí)芯過(guò)孔的FR412C/W，與430C/W1.552.JPG (47.21 KB, 下載次數(shù): 0)4.JPG (46.08 KB,0)6.JPG (50.37 KB,0)51.JPG (14.11 KB, 下載次數(shù): 0)18 功率 LE