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1. 核心設計目標
***的熱阻(Thermal Resistance):這是核心的指標。目標是化地將COB芯片產生的熱量傳導到載具,再通過載具散失到環境中(或冷卻系統),從而降低COB的結溫。
均勻的溫度場:確保COB芯片及其周邊區域溫度均勻,避免局部過熱。
可靠的物理接觸:***COB基板與載具散熱表面之間緊密、無縫、低熱阻的物理接觸。
可操作性與耐久性:便于安裝和拆卸,能夠承受反復的 thermal cycling(熱循環),材料穩定不易變形。
2. 熱管理路徑與熱阻分析
熱量傳遞路徑為:COB芯片 → 封裝膠 → 基板(陶瓷或金屬) → 導熱界面材料(TIM) → 散熱載具 → 環境/冷卻系統。
整個路徑的熱阻(Rθ_total)是各個環節熱阻的疊加。散熱載具的設計目標就是小化自身熱阻(Rθ_sink)并優化與COB的接觸熱阻。
3. 關鍵設計要素與技術方案
3.1 材料選擇(基礎)
材料導熱系數 (W/m·K)特點與應用建議銅 (Copper)~400材料。導熱性***,易于加工。缺點是密度大、成本高、易氧化。適用于功率密度的COB。鋁合金 (Aluminum)~180-220常用。性價比,重量輕,易于加工和表面處理(陽極氧化)。性能足以應對大多數場景。銅鎢合金/銅鉬合金180-240熱膨脹系數(CTE)與半導體材料匹配性好,用于***可靠性要求的場合,但***昂貴。高導熱石墨烯/石墨片1500+ (面內)各向異性導熱,面內導熱性,可用于在載具內部均熱,但垂直方向導熱差,需與金屬基體結合使用。
建議:主體結構采用6061或6063鋁合金,在與COB接觸的核心區域鑲嵌一塊厚銅塊(Copper Core)或采用銅鋁復合焊接工藝。這在成本、重量和性能間取得了平衡。
3.2 表面處理與接觸界面
表面平整度與光潔度:
與COB接觸的載具表面平面度需小于0.05mm,達到0.02mm以下。需經過精密磨削或銑削加工。
表面光潔度要高(Ra <0.8μm),以減少微觀上的空氣空隙。
導熱界面材料(TIM - Thermal Interface Material):
導熱硅脂(Thermal Grease):熱阻***,但易于老化、干涸,不適合需多次重復使用的自動化測試載具。
相變材料(PCM - Phase Change Material):在常溫下是固體,加熱后變軟填充縫隙,兼有硅脂的高性能和硅膠墊的便利性,是自動化測試的理想選擇。
導熱硅膠墊(Thermal Pad):使用方便,可重復使用,但熱阻相對較高。需選擇柔軟、導熱系數高(>3 W/m·K)的型號,并在設計時通過彈簧壓緊機制***其充分壓縮。
表面涂層:
鋁合金表面可進行硬質陽極氧化,增加硬度、耐磨性和輻射率(利于后續熱輻射)。
銅表面可進行鍍鎳處理,防止氧化,保持長期穩定的導熱性能。
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