熱電分離式銅基板在LED散熱領(lǐng)域的應(yīng)用

江楠

摘 要：常見(jiàn)的熱電分離式銅基板是由銅箔、絕緣層、金屬基板、熱界面材料、散熱器等部分構(gòu)成，由于電路部分與熱層分布于不同線路層，因此要想保證散熱部分與熱層部分的良好接觸，需要嚴(yán)格控制銅基材。本文首先介紹銅基板運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)，然后重點(diǎn)介紹熱電分離式銅基板的制備及實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：熱電分離式銅基板;運(yùn)用優(yōu)勢(shì);LED散熱;實(shí)踐

為確保銅基板在散熱領(lǐng)域的有效運(yùn)用，先要明確運(yùn)用熱電分離式銅基板的意義，在了解其運(yùn)用優(yōu)勢(shì)之后，再采取相應(yīng)措施，加強(qiáng)銅基板在行業(yè)領(lǐng)域的使用。掌握熱電分離銅基板的制作方法，根據(jù)其運(yùn)行特點(diǎn)，及時(shí)考慮如何制作的問(wèn)題，以此為基礎(chǔ)，增強(qiáng)對(duì)熱電分離式銅基板功能的認(rèn)識(shí)。注重銅基板在行業(yè)內(nèi)的運(yùn)用，在制作熱電分離銅基板的環(huán)節(jié)，快速掌握了技術(shù)要點(diǎn)，有助于提升熱電分離式銅基板在LED散熱領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用。

1 銅基板在散熱中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

優(yōu)勢(shì)：銅基板運(yùn)用于散熱領(lǐng)域，主要是因?yàn)闊犭姺蛛x式銅基板具有以下優(yōu)勢(shì)：密度高、散熱能力強(qiáng)、電路部分與燈珠接觸部分實(shí)現(xiàn)零熱阻，可有效延長(zhǎng)燈珠使用的年限。功率大、銅基材的熱承載能力強(qiáng)，可根據(jù)實(shí)際工作要求對(duì)噴錫、沉金、鍍銀等進(jìn)行有效處理，以此確保表面處理的有效性。[1]

2 以實(shí)驗(yàn)法探討熱電分離式銅基板的運(yùn)用

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

選用鑄造銅合金板材，干膜、顯影液、錫膏等材料，同時(shí)還準(zhǔn)備了防腐蝕性藥水和專門的實(shí)驗(yàn)器材，如掃描儀、冷熱沖擊試驗(yàn)箱、測(cè)試儀、冷溫可調(diào)節(jié)裝置、防輻射系統(tǒng)等，各項(xiàng)材料和器材準(zhǔn)備到位就可展開(kāi)實(shí)驗(yàn)探究了。

2.2 制作過(guò)程

第一步：利用光繪模板，按照?qǐng)D紙要求及參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行有效的文件處理，依次對(duì)文件進(jìn)行相應(yīng)的拼版、底片制作、沖洗、顯影、清洗、風(fēng)干等操作，風(fēng)干之后，認(rèn)真檢查底片是否存在毀壞的情況，加強(qiáng)底片保護(hù)。將質(zhì)量過(guò)關(guān)的底片進(jìn)行有效的拷貝處理，再檢查拷貝過(guò)的重氮片。第二步：制作銅基板，比如根據(jù)剪板尺寸來(lái)選擇合適的銅鋁復(fù)合基板，使用專用切片機(jī)將其切成銅箔片和膠片。利用過(guò)塑機(jī)進(jìn)行預(yù)壓處理并使其成為釘孔，利用打包機(jī)進(jìn)行外圍防護(hù)，認(rèn)真進(jìn)行毛刺處理，保障毛刺處理的實(shí)效性。第三步：背膠部位開(kāi)槽，對(duì)復(fù)合基板的表面依次進(jìn)行磨刷處理。酸洗之后可進(jìn)行印刷和烘烤，將重氮片與復(fù)合基板的圖形對(duì)準(zhǔn)，依據(jù)設(shè)定參數(shù)調(diào)整表面金屬的厚度，保留金屬凸起部分。[2]對(duì)開(kāi)槽后的背膠進(jìn)行清潔性檢查，保證開(kāi)槽的深度合適，用于導(dǎo)熱焊盤中。第四步：壓合制作，將背面膠開(kāi)槽部分置于導(dǎo)熱焊盤上，進(jìn)行有效的冷壓、磨邊等處理。第五步：對(duì)組合版進(jìn)行顯影處理，處理之后將其表面的渾濁部分去掉，然后檢查線路的正確性，便于對(duì)導(dǎo)熱焊盤進(jìn)行自動(dòng)打孔。第六步：功能測(cè)試，采用數(shù)控機(jī)進(jìn)行鉆孔，同時(shí)進(jìn)行有效的毛刺處理，最終將組合板牢牢固定于數(shù)控銑床上，再經(jīng)過(guò)高壓、烘干等處理后得到了成品導(dǎo)熱性銅基板。

2.3 測(cè)試

耐壓性測(cè)試：冷壓操作中，要保證環(huán)境溫度為180℃，壓力為62kg·cm-2，預(yù)壓最佳時(shí)間為60分鐘，為保證銅基板制作的質(zhì)量，需要及時(shí)展開(kāi)測(cè)試。比如積極研究界面形貌，在工作壓力穩(wěn)定的情況下，濕度控制為65%到80%，壓強(qiáng)控制為100kPa，采取冷熱沖洗方式展開(kāi)熱電分離式銅基板測(cè)試，主要是檢測(cè)其熱沖擊力。某人員在低溫為-55℃、高溫120℃情況下，停留時(shí)間為18分鐘，變溫時(shí)間為2分鐘，進(jìn)行500次的熱沖擊試驗(yàn)，從而更大程度提高其冷熱耐壓性能。

熱阻測(cè)試：在熱阻測(cè)試中，將普通銅基板與熱電分離式銅基板進(jìn)行對(duì)比，在此環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)：熱電分離式銅基板與普通銅基板絕緣層的厚度分別是：1.1mm、1.5mm，熱阻測(cè)試中，為避免試驗(yàn)效果影響正常使用，需要將焊接時(shí)的空洞率控制在15%，有效調(diào)整其環(huán)境溫度與濕度，運(yùn)用溫控系統(tǒng)來(lái)提升測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，比如運(yùn)用溫度測(cè)試儀檢測(cè)出整個(gè)系統(tǒng)的溫度，根據(jù)LED模組系統(tǒng)整體的散熱性能來(lái)判斷被測(cè)試樣品的耐熱性及熱阻性能。[3]

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

微型觀察：采用微型觀察法，了解到及時(shí)銅基板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，在經(jīng)過(guò)預(yù)壓之后，銅基板的金屬導(dǎo)熱部位與線路層接觸良好，由此確定，金屬導(dǎo)熱柱是熱源最佳的安放點(diǎn)。腐蝕性觀察中發(fā)現(xiàn)，金屬導(dǎo)熱部分呈階梯形，兩側(cè)是弧形，同時(shí)局部被干膜覆蓋，蝕刻液沿著水平方向緩慢向金屬導(dǎo)熱部分蝕刻，最終達(dá)到熱柱指定高度。

散熱功效：銅基板的使用效果主要取決于其散熱功能，測(cè)試散熱功能環(huán)節(jié)，通過(guò)觀察溫度、時(shí)間等的變化，及時(shí)了解溫度恒定的實(shí)際狀況，從而了解到時(shí)間變化引起燈珠的變化情況。散熱功效分析的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)人員及時(shí)明確模組功率、輻射功率、正向工作電壓、工作電流等對(duì)熱電分離式銅基板散熱效果的影響。反復(fù)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于LED型號(hào)、模組的不同，引起熱電效果的不同，使用普通銅基板時(shí)，LED芯片的結(jié)溫為72.41℃，然而使用熱電分離式銅基板環(huán)節(jié)，檢測(cè)得知：LED芯片結(jié)溫為4872℃，利用普通銅基板時(shí)，模組熱阻是4.24℃/W，然而使用熱電分離式銅基板之后，檢測(cè)得知模組整體熱阻為2.13℃/W，由于材料性能不同，使得基板底部模組溫度計(jì)熱阻的不同。根據(jù)熱阻、銅基板導(dǎo)熱等理論，熱量擴(kuò)散的環(huán)節(jié)，銅基板底部作為主要載體，金屬層與絕緣層表面還存在一定熱阻，因界面雜質(zhì)缺陷較大導(dǎo)致部分熱量發(fā)散，聲子在絕緣層之間不斷擴(kuò)撒，改變了熱流方向，導(dǎo)熱功率越大，熱電分離銅基板的出光效率越高，性能更為穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

為增強(qiáng)對(duì)LED散熱知識(shí)的了解，還需要積極了解熱電分離式銅基板的運(yùn)用過(guò)程，制備相應(yīng)的熱電分離式銅基板。主要講解對(duì)熱電分離式銅基板的制備流程、性能測(cè)試、散熱功效。根據(jù)整體散熱性能來(lái)判斷被測(cè)試樣品的耐熱性，觀察溫度、時(shí)間等的變化，將普通銅基板與熱電分離式銅基板進(jìn)行對(duì)比，從而更清晰的認(rèn)識(shí)到：熱電分離銅基板與普通銅基板相比，在模組熱阻和芯片溫度方面的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦典成.熱電分離式銅基板的制備及其在LED散熱領(lǐng)域的應(yīng)用[J].半導(dǎo)體光電，2018，v.39，198（04）：93-97.

[2]郎君.一種熱電分離CSP封裝結(jié)構(gòu)及LED器件，CN205141026U[P].2016.

[3]簡(jiǎn)玉蒼.分立式熱電分離鋁基電路板的制作方法，CN104159404A[P].2014.