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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- LED用高熱導(dǎo)異型金屬基電路板
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品針對(duì)這大功率LED散熱困難的問(wèn)題，擬通過(guò)采用創(chuàng)新合理的工藝技術(shù)，以較低的成本制備出高熱導(dǎo)金屬基電路板，并將其直接在散熱器上壓制，通過(guò)提高系統(tǒng)電路板的熱導(dǎo)和增強(qiáng)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(fù)合添加高熱導(dǎo)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(shè)計(jì)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(wèn)題。
- 詳細(xì)介紹：
- 金屬基電路板熱導(dǎo)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(dǎo)熱性能已非常良好，所以絕緣層的導(dǎo)熱能力是影響鋁基板應(yīng)用的關(guān)鍵因素。金屬基電路板的絕緣層主要由樹(shù)脂體系和導(dǎo)熱填料構(gòu)成。其中，樹(shù)脂體系的導(dǎo)熱能力較差，所以，基板導(dǎo)熱性能主要取決于導(dǎo)熱填料本身的熱導(dǎo)和含量。 本作品中通過(guò)在樹(shù)脂基體中復(fù)合添加納米高導(dǎo)熱填料碳化硅、氧化鋁、二氧化硅來(lái)提高基板絕緣層的導(dǎo)熱能力。與傳統(tǒng)導(dǎo)熱陶瓷粉體相比，納米級(jí)填料的散熱效果更好。本作品中重點(diǎn)研究了填料種類(lèi)和比例對(duì)基板絕緣層性能的影響，優(yōu)化了填料配方。通過(guò)紅外測(cè)試和散熱實(shí)驗(yàn)分析了基板的散熱效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示樹(shù)脂與納米導(dǎo)熱填料用量比大約在100:35至100:45之間時(shí)，基板導(dǎo)熱效果提升最為明顯。而采用多種導(dǎo)熱填料復(fù)合填充到樹(shù)脂基體中的導(dǎo)熱性能要優(yōu)于單一種導(dǎo)熱填料。當(dāng)絕緣層采用樹(shù)脂: SiC: Al2O3: SiO2=100:30:5:5比例配制時(shí)，基板導(dǎo)熱效果最佳，實(shí)際測(cè)試熱阻小于0.65℃/W。 異型金屬基電路板的直接壓制 當(dāng)前，市場(chǎng)上的普通平板金屬基電路板多采用平板壓機(jī)在高溫真空下直接壓制而成。該方法的優(yōu)點(diǎn)是壓制的電路板的銅箔和金屬基板粘合良好，缺點(diǎn)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(gè)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(gè)問(wèn)題，那就是散熱器的形狀一般不是簡(jiǎn)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(wèn)題。 為了解決異型金屬基板制備困難的問(wèn)題，本作品中設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)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(gè)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(wú)劃痕、凹坑，不產(chǎn)生毛刺。通過(guò)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(kāi)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(wèn)題。此外，該方法還可以應(yīng)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(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品的設(shè)計(jì)目的在于通過(guò)解決大功率LED的散熱問(wèn)題，從而減少全球照明耗電量，達(dá)到節(jié)能減排的效果；創(chuàng)新單在于在高熱導(dǎo)添加劑的選擇和合理的調(diào)配方面作品在環(huán)氧樹(shù)脂中分別添加了納米級(jí)高導(dǎo)熱填料氧化鋁、碳化硅、二氧化硅，以提高基板絕緣層的導(dǎo)熱能力；在壓制金屬基電路板的設(shè)備的設(shè)計(jì)方面，作品中設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)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(gè)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(wú)劃痕、凹坑，不產(chǎn)生毛刺。通過(guò)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(kāi)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?xún)r(jià)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(shù)指標(biāo)（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(xué)性、先進(jìn)性
- 本項(xiàng)目基于金屬基板的基礎(chǔ)上，從兩方面進(jìn)一步提高該基板散熱性能，在發(fā)揮金屬基板的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，彌補(bǔ)其不足。一是通過(guò)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(shí)產(chǎn)權(quán)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(shù)的成功，可以解決單只1-10瓦大功率LED封裝中的散熱問(wèn)題，生產(chǎn)出1-100W單片封裝的LED模塊，促進(jìn)LED模塊化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外尚屬首創(chuàng)，為實(shí)現(xiàn)大功率LED金屬基板封裝提供了技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景并能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月6日 杭州電子科技大學(xué) 校內(nèi)評(píng)比二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 項(xiàng)目作品已經(jīng)實(shí)驗(yàn)室培育完畢，進(jìn)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(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專(zhuān)利實(shí)施許可
作品可展示的形式
- 圖片、實(shí)物展示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的高熱導(dǎo)異型金屬基電路板的應(yīng)用前景廣闊，可以解決LED封裝的散熱問(wèn)題，對(duì)提高LED照明的穩(wěn)定性和壽命，促進(jìn)LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。另外，該項(xiàng)目作品還可以應(yīng)用在其他高功率或結(jié)構(gòu)復(fù)雜性高的設(shè)備中，可以解決大功率器件的散熱問(wèn)題和滿(mǎn)足設(shè)備結(jié)構(gòu)的特殊要求。 由于本項(xiàng)目中高熱導(dǎo)異型金屬基電路板成本較低，性?xún)r(jià)比高，具有巨大的推廣價(jià)值，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目一旦形成產(chǎn)業(yè)，初步估計(jì)幾年內(nèi)產(chǎn)值即可達(dá)幾千萬(wàn)以上。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 錢(qián)立成, 金偉國(guó), et al. (2009). "鋁基覆銅板用鋁板的表面處理工藝." 印制電路信息 No.192(06): 19-20. 譚炳權(quán) and 吳紀(jì)華 (2007). 一種鋁基覆銅箔層壓板以及制造工藝. 中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利. CN 101068452A. 師劍英，高艷茹 (2001). "鋁基覆銅板的發(fā)展及其技術(shù)要求." 印制電路信息(02): 17-21. 顧平 (1999). "鋁基PTFE覆銅板機(jī)加工工藝." 電子機(jī)械工程(02): 60-64. Thermal managemet of golden dragon LED[N] .Opto Semiconductors 7,2002. Curran J A , Clyn T W. Thermophysical properties of plasma electrolytic oxide coatings on aluminium [J] Surface and Coatings Technology,2005,(2-3):168~176. 李騰,劉靜.芯片冷卻技術(shù)中的微納米材料與結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展[J].微納電子技術(shù)2004,41(8): 21~37. J.Schutze,I.Herman,R.F.Wolfgang et al.An Integrated Micro Cooling System for Electronic Circuits[J],IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2001,48(2): 281~285. Z.X.Bi, Y.D.Zheng, R.Zhang, et al. Dielectric properties of AlN film on Si substrate[J]. Journal of Materials Science, Materials in Electronics, 2004, 15:317~320. Carl Zweben.New Material Options for Light Emitting Diode Packaging.Proc.of SPIE,2004,5366:173~182.
