鋁基板PCB燈條在液晶電視中的研究與應用

楊超

摘 要 本文介紹了液晶電視背光模組中使用鋁基板PCB的燈條應用，重點討論了鋁基板PCB搭載大功率LED在液晶電視中應用可靠性，結合實際應用方案分析闡述了鋁基板PCB燈條應用主要注意事項，可供實際工程應用參考。

關鍵詞 液晶電視；背光模組；鋁基板PCB；LED燈條

中圖分類號 TN94 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）195-0036-02

隨著LED技術的發展，單只LED功率不斷增加，其可靠性與散熱密切相關；為了解決大功率LED散熱問題，覆銅鋁基板PCB已在LED燈條領域廣泛應用。結合鋁基板PCB的自身特性，對鋁基板在背光燈條應用按以下幾個方面進行分析

總結：

1）覆銅鋁基板特性及行業情況分析。

2）鋁基板燈條應用注意事項。

3）針對鋁基板燈條設計方案調整。

1 覆銅鋁基板特性及行業情況分析

1.1 產品基本結構：導電層、絕緣層、金屬層

導電層：主要材料為銅箔，銅箔厚度1盎司-6盎司且可訂制，燈條行業普遍使用1

盎司；

絕緣層：主要材料為酚醛樹脂（玻纖布）、膠片，厚度一般為3mil～6mil且可訂制；燈條行業普遍使用4mil～5mil產品；

金屬層：主要材料為鋁板（1系、5系等），厚度0.4mm～2.0mm且可訂制厚度；

1.2 鋁基板PCB行業情況

由于鋁基板良好的導熱散熱性能，從2009-2010年LED背光開始至今行業內側入式機型燈條全使用鋁基板燈條，使用規格包括0.5W/m.k～2W/m.k導熱系數。

隨著直下式背光的發展，LED燈條用PCB市場主要有FR4、CEM3、鋁基板3種板材，3種板材在直下式機型上使用情況FR4/CEM3板材逐漸減少，鋁基板占比逐漸增加，到2017年鋁基板燈條已經超過90%。

鋁基板使用占比逐年上升，主要原因分析

如下：

1）單只LED功率不斷增加，達到1.5W～2W時，FR4/CEM3不能滿足散熱性能要求，僅鋁基板能滿足散熱要求；目前2W-LED已經成為背光LED市場主流，所以鋁基板比例

增加。

2）大宗商品價格上升，尤其銅價上升對PCB價格影響較大，2016年初1W/m.k規格鋁基板較FR4高30元/m2，但是到2016年Q4時鋁基板已經較FR4便宜（FR4是雙面覆銅，使用銅箔量大）；較多原使用FR4的也切換為鋁基板

狀態。

2 鋁基板燈條應用注意事項

鋁基板PCB有良好的導熱散熱性能，絕緣方面大板材擊穿電壓基本能達到AC：3kV、DC：4kV，但是加工成PCB成品后絕緣性能大大衰減；同時因銅箔與鋁基板之間僅75um～150um厚的絕緣厚度，其電容效應也相對FR4板材更加明顯。以下從絕緣性能及分布電容方面分析應用中的相關注意

事項。

2.1 絕緣不良分析

絕緣不良基本原因都是間距不夠，常見的PCB絕緣不良發生點包括：引線PAD飛弧、邊緣線邊距、線路之間放電、線路尖端放電、銅箔與鋁基之間放電。

針對絕緣不良的可能性，目前主要措施有：

1）放大各個安全距離，較FR4板相應放大0.3mm～0.5mm；線路距板邊至少大于1mm。

2）增大白油厚度，FR-4白油厚度一般為10um～15um，為改善線間距及板邊放電，鋁基板白油厚度增加到25um。

3）在保證散熱、電流余量足夠情況下，盡量減小走線銅箔面積以降低發生絕緣不良

概率。

4）加強大板材生產制程管控，避免雜質進入以及保證絕緣層厚度均勻性；避免絕緣層發生放電現象。

5）對PCB成品進行100%檢驗；包括線路間開短路、銅箔與鋁基絕緣性能等

檢查。

6）方案設計時燈條驅動電壓值不宜

太高。

2.2 分布電容分析

因銅箔與鋁基板之間是絕緣層，形成了電容器效應；當鋁基板燈條鋁基面與背板接觸時即將等效電容疊加到相應的驅動電路中，尤其當LED驅動帶有MOS調光電路時，該分布電容會產生相應的脈沖電流，當脈沖電流大到一定程度時，可能引起相應的背光驅動保護以及LED大電流損

損傷。

為減小分布電容對整機電路帶來的影響，鋁基板燈條設計時需要注意如下幾點：

1）減小燈條分布電容容值，選取合適介電常數板材、減小銅箔面積。

2）燈條走線中LED-盡量短，可走長LED+，降低分布電容對驅動的影響。

3）驅動端在滿足性能要求情況下，優先選用不帶調光MOS方案。

4）如帶調光MOS方案，開發初期由燈條提供燈條等效電容容值，驅動端進行容差設計，保證驅動端對鋁基分布電容有足夠的設計余量，以不產生脈沖電流或脈沖電流符合

規格。

3 針對鋁基板燈條設計方案調整

3.1 完善布線設計規則

1）走線之間的距離遵循以下原則：直下式鋁基板走線與板邊距離大于1.5mm（特殊情況大于1mm）。

2）要求LED-走短，在LED引腳+-端10mm～20mm范圍外減小走線寬度，以降低分布電容容值及降低銅箔與鋁基絕緣不良

概率。

3.2 方案設計優化

1）針對鋁基板燈條方案，單通道驅動電壓不得高于150V。

2）電源驅動端評估、尋求新的驅動方案，能夠對鋁基板絕緣不良故障進行及時

保護。

3）散熱設計要求鋁基板燈條在不接觸背板情況（懸浮狀態）也必須滿足溫升

要求。

4）絕緣層加厚至150um鋁基板。

4 結論

本文介紹了鋁基板基本原理及其特性，重點討論了其在液晶電視中的應用注意事項及設計

建議。

參考文獻

[1]李秀真.超薄液晶電視用LED背光模組的設計[J].現代顯示，2010，21（12）：40-42.

[2]郝亞茹，鄧招奇，鄧春健.LED顯示控制系統移存頻率加速方法研究[J].液晶與顯示，2016，31（5）：470-476.endprint