基本信息
- 項目名稱：
- LED用高熱導異型金屬基電路板
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品針對這大功率LED散熱困難的問題，擬通過采用創(chuàng)新合理的工藝技術，以較低的成本制備出高熱導金屬基電路板，并將其直接在散熱器上壓制，通過提高系統(tǒng)電路板的熱導和增強系統(tǒng)電路板與散熱器之間的熱傳遞，解決LED封裝散熱的難題。我們采取了在絕緣層中復合添加高熱導納米陶瓷顆粒的方法，有效的提高了金屬基電路板的本身的散熱能力；我們還設計了一種特殊的熱壓工藝予以成功解決異型金屬基電路板制備的問題。
- 詳細介紹：
- 金屬基電路板熱導的提高 金屬基電路板主要包括金屬板、絕緣層和銅箔。由于金屬板和銅箔的導熱性能已非常良好，所以絕緣層的導熱能力是影響鋁基板應用的關鍵因素。金屬基電路板的絕緣層主要由樹脂體系和導熱填料構成。其中，樹脂體系的導熱能力較差，所以，基板導熱性能主要取決于導熱填料本身的熱導和含量。 本作品中通過在樹脂基體中復合添加納米高導熱填料碳化硅、氧化鋁、二氧化硅來提高基板絕緣層的導熱能力。與傳統(tǒng)導熱陶瓷粉體相比，納米級填料的散熱效果更好。本作品中重點研究了填料種類和比例對基板絕緣層性能的影響，優(yōu)化了填料配方。通過紅外測試和散熱實驗分析了基板的散熱效果，實驗結果顯示樹脂與納米導熱填料用量比大約在100:35至100:45之間時，基板導熱效果提升最為明顯。而采用多種導熱填料復合填充到樹脂基體中的導熱性能要優(yōu)于單一種導熱填料。當絕緣層采用樹脂: SiC: Al2O3: SiO2=100:30:5:5比例配制時，基板導熱效果最佳，實際測試熱阻小于0.65℃/W。 異型金屬基電路板的直接壓制 當前，市場上的普通平板金屬基電路板多采用平板壓機在高溫真空下直接壓制而成。該方法的優(yōu)點是壓制的電路板的銅箔和金屬基板粘合良好，缺點是速度較慢，生產(chǎn)效率不高。而要減少金屬基板和散熱器直接的熱阻，一個可行的方法是將印制電路板直接壓制散熱器上。但這種方法面臨著一個問題，那就是散熱器的形狀一般不是簡單的平面，采用傳統(tǒng)的壓制方法制備較為困難。其他方法則普遍面臨著成本較高的問題。 為了解決異型金屬基板制備困難的問題，本作品中設計了一種專門針對異型金屬基電路板的熱壓工藝，使試樣的金屬基板和銅箔在各個接觸面上受到的壓力是均勻的和大小一致的，保證樣品表面無劃痕、凹坑，不產(chǎn)生毛刺。通過合理的調(diào)整施加到樣品上的壓力的大小和溫度的高低，保證了金屬板和銅箔的粘合良好，不開裂。與傳統(tǒng)工藝相比，該方法解決了異型金屬基板制備困難的問題。此外，該方法還可以應用于普通的平板型金屬基板，其成本更低，合格率更高，適合大批量生產(chǎn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品的設計目的在于通過解決大功率LED的散熱問題，從而減少全球照明耗電量，達到節(jié)能減排的效果；創(chuàng)新單在于在高熱導添加劑的選擇和合理的調(diào)配方面作品在環(huán)氧樹脂中分別添加了納米級高導熱填料氧化鋁、碳化硅、二氧化硅，以提高基板絕緣層的導熱能力；在壓制金屬基電路板的設備的設計方面，作品中設計了一種專門針對異型金屬基電路板的熱壓工藝，使試樣的金屬基板和銅箔在各個接觸面上受到的壓力是均勻的和大小一致的，保證樣品表面無劃痕、凹坑，不產(chǎn)生毛刺。通過合理的調(diào)整施加到樣品上的壓力的大小和溫度的高低，保證了金屬板和銅箔的粘合良好，不開裂。作品中的工藝與傳統(tǒng)工藝相比，大大降低了異型金屬基板的生產(chǎn)成本，提高了樣品合格率，性價比極高。此外，該方法還可以用于制備普通的平板型金屬基板，其成本更低，合格率更高，適合大批量生產(chǎn)。本作品的主要技術指標（1）熱阻：<0.65℃/W；（2）功率/面積：>1.5W/cm2；（3）單片封裝的LED模塊功率范圍：1-100W。
科學性、先進性
- 本項目基于金屬基板的基礎上，從兩方面進一步提高該基板散熱性能，在發(fā)揮金屬基板的優(yōu)勢的基礎上，彌補其不足。一是通過向絕緣層中添加納米顆粒的方法提高金屬基板本身的散熱能力，二是采用完全自主知識產(chǎn)權的異形金屬基板壓制工藝，將印制電路板直接壓制在散熱器上，減少金屬基板和散熱器之間的熱阻。該技術的成功，可以解決單只1-10瓦大功率LED封裝中的散熱問題，生產(chǎn)出1-100W單片封裝的LED模塊，促進LED模塊化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該項技術在國內(nèi)外尚屬首創(chuàng)，為實現(xiàn)大功率LED金屬基板封裝提供了技術支持，具有廣闊的應用前景并能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年4月6日 杭州電子科技大學 校內(nèi)評比二等獎
作品所處階段
- 項目作品已經(jīng)實驗室培育完畢，進入中試階段。部分樣品經(jīng)多家LED企業(yè)試用，普遍反映效果良好。
技術轉讓方式
- 專利實施許可
作品可展示的形式
- 圖片、實物展示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本項目設計的高熱導異型金屬基電路板的應用前景廣闊，可以解決LED封裝的散熱問題，對提高LED照明的穩(wěn)定性和壽命，促進LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。另外，該項目作品還可以應用在其他高功率或結構復雜性高的設備中，可以解決大功率器件的散熱問題和滿足設備結構的特殊要求。 由于本項目中高熱導異型金屬基電路板成本較低，性價比高，具有巨大的推廣價值，可以取得良好的經(jīng)濟效益。該項目一旦形成產(chǎn)業(yè)，初步估計幾年內(nèi)產(chǎn)值即可達幾千萬以上。
同類課題研究水平概述
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