PCB散热设计(学习总结供参考)

1、PCBPCB(1)电子元器件的发热；(2)PCB(3) PCB的热，外部传入的热量取决于系统的总体热设计。大功率LED 的基板材料必需有高的绝缘电述条件，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、绝缘介质层和铜泊构成。绝缘介质层一般承受环氧玻纤布粘结片或环氧树脂， 由于绝缘介0.5W/m.K ) ，这导致整个器件的散热性能大大降低。PCBLED 常见基板通常有四类：传统且格外成熟的PCB、进展中的金属基板(MCPCB)、以陶瓷材料为主的陶瓷基板(Ceramic(DBCPCBMCPCB 可使用于一

2、般LED位热流密度较高时，LED 散热基板主要承受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。另一类是承受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，(Break-down voltage 以说相当适合LEDLED23过去由于LED 输出功率较小，因此使用传统FR4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

3、脂基板的散热，只能够支持0.5W 以下的LED0.5W 以上的LEDUninwell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FSCLED 路、驱动电路及把握补偿电路，不仅构造简洁，而且由于材料热导率高，热界面少，大大提LEDFSCCAlNAl2O3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 4.0106/与硅的热膨胀系数3.2106/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:UOE 公司制作的Norlux 系列功率LED瓷Porcelain

4、)。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100um) 、热导率照旧较低。TT 公司的AnothermAnotherm 板上可以开发多达 3是常温工艺、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(LTCC-M) 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。其缺点是本钱高、耗能大、工艺简洁且难于把握。中国电子科技集团公司第十三争辩所制作体块烧结氮化铝单层基板。氮化铝基板具有 高导热、高电绝缘、低介电、低热膨胀

5、的特点，其热导率大约是氧化铝陶瓷基板的十倍，热膨胀系数与硅芯片接近。其缺点是体积大、本钱高、机械强度差、耗能高。国内公司制作的铝基覆铜 PCB 基板，此基板由铝板、环氧树脂或环氧玻璃布粘结片、铜馅三者经热压而成。优点是构造简洁、易于后期加工、机械强度高、耗能较低。但是设备工艺简洁、散热性能一般，特别是凹凸温下介质层热导率不稳定、抗剥离强度有所下降。LEDH n l*J0Bdq9v1S目前市面上较常见的陶瓷基板多为LTCC 共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip) 封装方式，而利用薄膜工艺技术所开发的陶瓷散热基板 为此，以薄膜元件起家的璦司柏电子(ICP)，即针对自家开发之薄膜基板与传

6、统厚膜基板进 33薄膜制成薄膜制成厚膜制成线路精准度较高，误差值低于/1%以印刷方式成形，误差值较高/10%精准度镀层材料稳定度较高易受浆料均匀性影响材料镀层外表平坦度高0.3m13m外表设备维护较不易，费用较高生产设备上维护较为简易维护镀层无需高温烧结，不会有氧化物生成，附着性受基板材质影响，ALN基板尤差附着性附着性佳线路受网版张力及印刷次数影响，相对位置精使用曝光显影，相对位置精准度高位置准度低PCB目前应用于大功率LED 作散热的PCBFR4、铝合金基敷铜板MCPCB、柔性薄膜PCB 用胶粘在铝合金板上的PCB。承受高导热性介质的MCPCB好的散热性能，但价格较贵。15FR4 PCB4

7、FR4 PCB15FR4PCB 散热层构造图4FR4PCB 各层的材料与热导率ThicknessThicknessLayer/MaterialThermal conductivity (W/mK)(m)SnAgCu solder7558Top layer Top layer copper70398FR-415880.2Bottom layer copper70398ENIG(Electroless3558Nickel/Immersion Gold)16MCPCB5MCPCB16 MCPCB 散热层构造图5MCPCB 各层的材料与热导率ThicknessThicknessLayer/Materi

8、alThermal conductivity (W/mK)(m)SnAgCu solder7558PCB dielectric1002.2Al plate158815034PCBRthPCB = Rthlayer1 + Rthlayer2 + Rthlayer3 . + RthlayerNRth = L/(K A)其中：L 为构造层的厚度；K 为热传导率；A 为面积。假设星型PCB1.6mm，270 mm2,30C/W2.JPG (960.05 KB, 下载次数: 2)1.JPG (960.05 KB, 下载次数: 0)FR4 PCB17FR4PCB 过孔设计构造图6FR4 PCB过孔各层的材

9、料与热导率ThicknessThicknessLayer/MaterialThermal conductivity (W/mK)(m)SnAgCu solder7558Top layer copper70398FR-415880.2Filled vias158858(SnAgCu)Bottom layer copper70398Solder mask250.2(optional)LED(PCBMCPCBMCPCB 廉价很多。板厚和孔径比率：*率,要到达牢靠的金属化孔镀层更困难；板厚和孔径的比率8，线路板制作难度增加，费用也会增加。FR4PCB0.6mm6(1.58810-3)/(58( (0.50.610-3)2) = 96.8C/W。NRthvias = l / (NKA)那么，PCB 的总热阻可表示为FR4 的热阻与实芯过孔热阻的并联，即：Rthvias | FR-4 =(1/Rthvias) + (1/RthFR-4)-16，270mm2、50.6mm 实芯过孔的FR412C/W，与430C/W1.552.JPG (47.21 KB, 下载次数: 0)4.JPG (46.08 KB,0)6.JPG (50.37 KB,0)51.JPG (14.11 KB, 下载次数: 0)18 功率 LE