鋁基板PCB燈條在液晶電視中的應(yīng)用研究

楊超

摘 要 本文介紹了液晶電視背光模組中使用鋁基板PCB的燈條應(yīng)用，重點(diǎn)討論了鋁基板PCB搭載大功率LED在液晶電視中應(yīng)用可靠性，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用方案分析了鋁基板PCB燈條應(yīng)用主要注意事項(xiàng)，可供實(shí)際工程應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞 液晶電視；背光模組；鋁基板PCB；LED燈條

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）193-0035-02

隨著LED技術(shù)的發(fā)展，單只LED功率不斷增加，其可靠性與散熱密切相關(guān)；為了解決大功率LED散熱問題，覆銅鋁基板PCB已在LED燈條領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。結(jié)合鋁基板PCB的自身特性，對(duì)鋁基板在背光燈條應(yīng)用按以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析總結(jié)：1）覆銅鋁基板特性及行業(yè)情況分析；2）鋁基板燈條應(yīng)用注意事項(xiàng)；3）針對(duì)鋁基板燈條設(shè)計(jì)方案調(diào)整。

1 覆銅鋁基板特性及行業(yè)情況分析

1.1 產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)：導(dǎo)電層、絕緣層、金屬層三層結(jié)構(gòu)

導(dǎo)電層：主要材料為銅箔，銅箔厚度1盎司-6盎司且可訂制，燈條行業(yè)普遍使用1盎司；

絕緣層：主要材料為酚醛樹脂（玻纖布）、膠片，厚度一般為3-6mil且可訂制；燈條行業(yè)普遍使用4-5mil產(chǎn)品；

金屬層：主要材料為鋁板（1系、5系等），厚度0.4mm～2.0mm且可訂制厚度；

1.2 鋁基板PCB行業(yè)情況

由于鋁基板良好的導(dǎo)熱散熱性能，從2009-2010年LED背光開始至今行業(yè)內(nèi)側(cè)入式機(jī)型燈條全使用鋁基板燈條，使用規(guī)格包括0.5-2W/m.k導(dǎo)熱系數(shù)。

隨著直下式背光的發(fā)展，LED燈條用PCB市場主要有FR4、CEM3、鋁基板三種板材，3種板材在直下式機(jī)型上使用情況FR4/CEM3板材逐漸減少，鋁基板占比逐漸增加，到2017年鋁基板燈條已經(jīng)超過90%。

鋁基板使用占比逐年上升，主要原因分析

如下：

1）單只LED功率不斷增加，達(dá)到1.5W～2W時(shí)，F(xiàn)R4/CEM3不能滿足散熱性能要求，僅鋁基板能滿足散熱要求；目前2W-LED已經(jīng)成為背光LED市場主流，所以鋁基板比例增加。

2）大宗商品價(jià)格上升，尤其銅價(jià)上升對(duì)PCB價(jià)格影響較大，2016年初，1W/m.k規(guī)格鋁基板較FR4高30元/m2，但是到2016年4月時(shí)鋁基板已經(jīng)較FR4便宜（FR4是雙面覆銅，使用銅箔量大）；較多原使用FR4的也切換為鋁基板狀態(tài)。

2 鋁基板燈條應(yīng)用注意事項(xiàng)

鋁基板PCB有良好的導(dǎo)熱散熱性能，絕緣方面大板材擊穿電壓基本能達(dá)到AC：3KV、DC：4KV，但是加工成PCB成品后絕緣性能大大衰減；同時(shí)因銅箔與鋁基板之間僅75～150um厚的絕緣厚度，其電容效應(yīng)也相對(duì)FR4板材更加明顯。以下從絕緣性能及分布電容方面分析應(yīng)用中的相關(guān)注意

事項(xiàng)。

2.1 絕緣不良分析

絕緣不良基本原因都是間距不夠，常見的PCB絕緣不良發(fā)生點(diǎn)包括：引線PAD飛弧、邊緣線邊距、線路之間放電、線路尖端放電、銅箔與鋁基之間放電。

針對(duì)絕緣不良的可能性，目前主要措施有：

1）放大各個(gè)安全距離，較FR4板相應(yīng)放大0.3mm～0.5mm；線路距板邊至少大于1mm。

2）增大白油厚度，F(xiàn)R-4白油厚度一般為10um～15um，為改善線間距及板邊放電，鋁基板白油厚度增加到25um。

3）在保證散熱、電流余量足夠情況下，盡量減小走線銅箔面積以降低發(fā)生絕緣不良概率；

4）加強(qiáng)大板材生產(chǎn)制程管控，避免雜質(zhì)進(jìn)入以及保證絕緣層厚度均勻性；避免絕緣層發(fā)生放電現(xiàn)象；

5）對(duì)PCB成品進(jìn)行100%檢驗(yàn)；包括線路間開短路、銅箔與鋁基絕緣性能等檢查；

6）方案設(shè)計(jì)時(shí)燈條驅(qū)動(dòng)電壓值不宜太高。

2.2 分布電容分析

因銅箔與鋁基板之間是絕緣層，形成了電容器效應(yīng)；當(dāng)鋁基板燈條鋁基面與背板接觸時(shí)即將等效電容疊加到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路中，尤其當(dāng)LED驅(qū)動(dòng)帶有MOS調(diào)光電路時(shí)，該分布電容會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖電流，當(dāng)脈沖電流大到一定程度時(shí)，可能引起相應(yīng)的背光驅(qū)動(dòng)保護(hù)以及LED大電流損傷。

為減小分布電容對(duì)整機(jī)電路帶來的影響，鋁基板燈條設(shè)計(jì)時(shí)需要注意如下幾點(diǎn)：

1）減小燈條分布電容容值；--選取合適介電常數(shù)板材、減小銅箔面積；

2）燈條走線中LED-盡量短，可走長LED+，降低分布電容對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響；

3）驅(qū)動(dòng)端在滿足性能要求情況下，優(yōu)先選用不帶調(diào)光MOS方案；

4）如帶調(diào)光MOS方案，開發(fā)初期由燈條提供燈條等效電容容值，驅(qū)動(dòng)端進(jìn)行容差設(shè)計(jì)，保證驅(qū)動(dòng)端對(duì)鋁基分布電容有足夠的設(shè)計(jì)余量，以不產(chǎn)生脈沖電流或脈沖電流符合規(guī)格。

3 針對(duì)鋁基板燈條設(shè)計(jì)方案調(diào)整

3.1 完善布線設(shè)計(jì)規(guī)則

1）走線之間的距離遵循以下原則：直下式鋁基板走線與板邊距離大于1.5mm（特殊情況大于1mm）；

2）要求LED-走短，在LED引腳+-端10mm～20mm范圍外減小走線寬度，以降低分布電容容值及降低銅箔與鋁基絕緣不良概率。

3.2 方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

1）針對(duì)鋁基板燈條方案，單通道驅(qū)動(dòng)電壓不得高于150V；

2）電源驅(qū)動(dòng)端評(píng)估、尋求新的驅(qū)動(dòng)方案，能夠?qū)︿X基板絕緣不良故障進(jìn)行及時(shí)保護(hù)；

3）散熱設(shè)計(jì)要求鋁基板燈條在不接觸背板情況（懸浮狀態(tài)）也必須滿足溫升要求；

4）絕緣層加厚至150um鋁基板。

4 結(jié)論

本文介紹了鋁基板基本原理及其特性，重點(diǎn)討論了其在液晶電視中的應(yīng)用注意事項(xiàng)及設(shè)計(jì)建議，由于成文時(shí)間倉促及作者水平有限，文中難免有不當(dāng)之處，懇請讀者及同行批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)

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