常见led散热基板材料介绍

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1、常见LED散热基板材料介绍·　　作者:LED照明技术总监房海明　　概  述　　在LED产品应用中，通常需要将多个LED组装在一电路基板上。电路基板除了扮演承载LED模块结构的角色外，另一方面，随着LED输出功率越来越高,基板还必须扮演散热的角色，以将LED晶体产生的热传派出去，因此在材料选择上必须兼顾结构强度及散热方面的要求。　　传统LED由于LED发热量不大，散热问题不严重，因此只要运用一般的铜箔印刷电路板(PCB)即可。但随着高功率LED越来越盛行PCB已不足以应付散热需求。因此需再将印刷电路板贴附在一金属板上，即所谓的MetalCorePCB，以改善其传热路径

2、。另外也有一种做法直接在铝基板表面直接作绝缘层或称介电层，再在介电层表面作电路层，如此LED模块即可直接将导线接合在电路层上。同时为避免因介电层的导热性不佳而增加热阻抗，有时会采取穿孔方式，以便让LED模块底端的均热片直接接触到金属基板，即所谓芯片直接黏着。接下来介绍了几种常见的LED基板材料，并作了比较。　　印刷电路基板(PCB)　　常用FR4印刷电路基板，其热传导率0.36W/m.K，热膨胀系数在13~17ppm/K。可以单层设计，也可以是多层铜箔设计(如图2)。优点：技术成熟，成本低廉，可适用在大尺寸面板。缺点：热性能差，一般用于传统的低功率LED。图1多层P

3、CB的散热基板　　金属基印制板(MCPCB)　　由于PCB的热导率差﹑散热效能差，只适合传统低瓦数的LED。因此后来再将印刷电路基板贴附在一金属板上，即所谓的MetalCorePCB。金属基电路板是由金属基覆铜板(又称绝缘金属基板)经印刷电路制造工艺制作而成。　　根据使用的金属基材的不同，分为铜基覆铜板、铝基覆铜板、铁基覆铜板，一般对于LED散热大多应用铝基板。如下图：图2金属基电路板的结构　　MCPCB的优点：　　（1）散热性　　常规的印制板基材如FR4是热的不良导体，层间绝缘，热量散发不出去。而金属基印制板可解决这一散热难题。　　（2）热膨胀性 　　　热胀冷缩是

4、物质的共同本性，不同物质CTE(Coefficientofthermalexpansion)即热膨胀系数是不同的。印制板(PCB)的金属化孔壁和相连的绝缘壁在Z轴的CTE相差很大，产生的热不能及时排除，热胀冷缩使金属化孔开裂、断开 。金属基印制板可有效地解决散热问题，从而使印制板上的元器件不同物质的热胀冷缩问题缓解，提高了整机和电子设备的耐用性和可靠性。　　（3）尺寸稳定性　　金属基印制板，显然尺寸要比绝缘材料的印制板稳定得多。铝基印制板、铝夹芯板，从30℃加热至140~150℃，尺寸变化为2.5~3.0%.MCPCB的结构目前市场上采购到的标准型金属基覆铜板材由三

5、层不同材料所构成：铜、绝缘层、金属板（铜、铝、钢板），而铝基覆铜板最为常见。　　a）金属基材　　以美国贝格斯为例，见下表(图3)：　　b）绝缘层　　起绝缘层作用，通常是50~200um。若太厚，能起绝缘作用，防止与金属基短路的效果好，但会影响热量的散发；若太薄，能较好散热，但易引起金属芯与组件引线短路。　　绝缘层（或半固化片），放在经过阳极氧化，绝缘处理过的铝板上，经层压用表面的铜层牢固结合在一起。　　c）铜箔　　铜箔背面是经过化学氧化处理过的，表面镀锌和镀黄铜，目的是增加抗剥强度。铜厚通常为0.5、1.2盅司。如美国贝格斯公司使用的是ED铜，铜厚有1、2、3、4、

6、6盅司5种。我们为通信电源配套制作的铝基板使用的是4盅司的铜箔（140微米）。　　MCPCB技术参数和特点技术参数(图4)　　产品特点：　　(1)绝缘层薄，热阻小　　(2)机械强度高　　(3)标准尺寸：500×600mm　　(4)标准尺寸：0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、3.0mm　　(5)铜箔厚度:18um、35um、70um、105um　　MCPCB应用产品举例(图5) 　　陶瓷基板(CeramicSubstrate)　　CeramicSubstrate:以烧结的陶瓷材料作为LED封装基板，具有绝缘性，无须介电层，有不错的热传导率，热膨胀系数(4.9~8

7、ppm/K)，与LEDchip、Si基板或Sapphire较匹配，比较不会因热产生热应力及热变形。　　典型的陶瓷基板，如AIN，其热导率约在170~230W/m.K，热膨胀系数3.5~5ppm/K。价格较贵，尺寸限于4.5平方英寸以下，无法用于大面积面板，适合高温环境高功率LED使用。AlN陶瓷基板与其它材料之热特性比较(图7)　　AlN陶瓷基板有不错的热传导率，热膨胀系数LEDchip(CTE=5ppm/K)较匹配。　　直接铜结合基板(DBCSubstrate)　　特点：　　在金属基板直接共烧接合陶瓷材料，兼具高热传导率及低热膨胀性，还具介电性。允许制程温度、