应用于RGB-LED背光系统的新型铝基板散热设计方案
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在RGB-LED背光系统的开发工作中，散热是个非常重要的研究课题，因为目前的LED在发光的同时会产生较多的热量，而这些热量会严重影响LED的发光性能。本文针对LED背光系统的散热问题，提出了一种新型基板设计技术，这种新型的铝基板相比于传统的聚合物绝缘金属基板有明显的优势。 它是在铝基上用化学方法生成一层很薄的阳极绝缘氧化层，在绝缘氧化层上用掩膜或者光刻形成所设计的电路图形，用磁控溅射的方法，交替地沉积基底膜、导电膜和焊接膜，从而在铝基板上形成具有导热性和可焊性的金属化电路层，在该层上可以封装电子元器件或LED芯片。 LED发光过程中产生的热量会导致LED的输出光强度减小，并使其主波长漂移。这两个因素会使显示器的色温变化，导致不同的NTSC结果。再者，热量也会缩短显示器的寿命。因此，为了保证图像质量和显示器的可靠性，背光系统的散热研究是至关重要的。 为了提高RGB-LED背光系统的散热性能，两个方面可以考虑:(1)提高单颗LED的散热性能。(2)提高LED阵列的散热性能。作为一个RGB LED背光系统设计人员，我们选择第二种方案来解决散热问题。为了改善LED阵列系统的散热性能，同样有两种散热方法:(1)使用风扇来增加背光系统周围空气的流速。(2)减少从结点到环境的热阻。把背光模块设计在经济的，散热性能杰出的导热基板印刷电路板上是更好的方案。 目前被广泛应用的常规聚合物绝缘金属基板(IMS)技术使用聚合物或环氧树脂材料作为绝缘层，其结构如图1所示，这种技术需要对金属基底表面进行特殊处理，而绝缘层的最小厚度大约是75微米，这将增加整个绝缘金属基板的热阻。此外，传统的IMS技术在高温下会产生绝缘层和金属基底分层现象。 在本文中，我们用磁控溅射技术实现了一种新型绝缘金属基板的PCB。我们在铝基表面用化学方法生成一层厚度为30至35微米的绝缘层，用磁控溅射技术在绝缘层上形成所设计的电路。这种绝缘金属基板PCB散热性能优越，还能消除高温下的分层或剥离。 经过测试，新型绝缘铝基板和传统的聚合物绝缘铝基板的热阻分别是4.78℃/W和7.61℃/W。 磁控溅射技术 溅射是一种将金属，陶瓷和塑料等材料沉积到一个表面，从而形成一层薄膜的真空工艺过程。基本溅射工艺如下:电子撞击惰性气体原子(通常氩)，使其成为离子。这些高能离子在电场的作用下轰击欲沉积的目标材料。强烈的轰击使目标原子逃出材料表面，在电场的作用下最终在基板的表面形成一层原子层薄膜，该原子层薄膜的厚度取决于溅射时间。
图1常规聚合物绝缘金属基板PCB的结构
图2磁控溅射过程示意图 图2是磁控溅射全过程，和基本溅射过程相比，两者的主要区别在于磁控溅射过程比基本直流溅射过程在目标区域多一个强大的磁场，这个磁场使得电子沿着磁场线在目标区域运动，而不会被基底吸引过去。因此，相比于基本溅射过程，磁控溅射过程有三个优点:(1)等离子区仅限于目标材料附近，不会损害正在形成薄膜。(2)电子运动的距离变得更长，增加了电子电离氩原子的概率，这意味着更多的目标原子将被轰击出来，从而提高了溅射工艺的效率。(3)磁控溅射产生的薄膜杂质含量最小，保证了膜的质量。 在RGB-LED背光系统的开发过程当中，散热是个非常重要的课题，本文实现了一种新型的铝基绝缘线路板并提出了一种改进的电气参数热阻测量方法。相对于常规聚合物绝缘金属基线路板，阳极氧化绝缘铝基线路板具有如下优势: 1)在线路板的阳极氧化绝缘层和铝基层之间没有机械连接缝隙，提高了线路板整体的机械性能。 2)在金属化层的三层膜使用磁控溅射技术生成，能提供至少1000N/cm2的结合力，这一点同样提高了线路板整体的机械性能。 3)新型的线路板减少了常规线路板的层数，减小了绝缘层的厚度，使其整板的热阻比常规线路板降低了59.2%。 因此，对比与常规聚合物绝缘金属基线路板，阳极氧化绝缘铝基线路板更加适合使用在RGB-LED背光系统当中。 |
