铝基板PCB灯条在液晶电视中的应用研究

杨超

摘 要 本文介绍了液晶电视背光模组中使用铝基板PCB的灯条应用，重点讨论了铝基板PCB搭载大功率LED在液晶电视中应用可靠性，结合实际应用方案分析了铝基板PCB灯条应用主要注意事项，可供实际工程应用参考。

关键词 液晶电视；背光模组；铝基板PCB；LED灯条

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）193-0035-02

随着LED技术的发展，单只LED功率不断增加，其可靠性与散热密切相关；为了解决大功率LED散热问题，覆铜铝基板PCB已在LED灯条领域广泛应用。结合铝基板PCB的自身特性，对铝基板在背光灯条应用按以下几个方面进行分析总结：1）覆铜铝基板特性及行业情况分析；2）铝基板灯条应用注意事项；3）针对铝基板灯条设计方案调整。

1 覆铜铝基板特性及行业情况分析

1.1 产品基本结构：导电层、绝缘层、金属层三层结构

导电层：主要材料为铜箔，铜箔厚度1盎司-6盎司且可订制，灯条行业普遍使用1盎司；

绝缘层：主要材料为酚醛树脂（玻纤布）、胶片，厚度一般为3-6mil且可订制；灯条行业普遍使用4-5mil产品；

金属层：主要材料为铝板（1系、5系等），厚度0.4mm～2.0mm且可订制厚度；

1.2 铝基板PCB行业情况

由于铝基板良好的导热散热性能，从2009-2010年LED背光开始至今行业内侧入式机型灯条全使用铝基板灯条，使用规格包括0.5-2W/m.k导热系数。

随着直下式背光的发展，LED灯条用PCB市场主要有FR4、CEM3、铝基板三种板材，3种板材在直下式机型上使用情况FR4/CEM3板材逐渐减少，铝基板占比逐渐增加，到2017年铝基板灯条已经超过90%。

铝基板使用占比逐年上升，主要原因分析

如下：

1）单只LED功率不断增加，达到1.5W～2W时，FR4/CEM3不能满足散热性能要求，仅铝基板能满足散热要求；目前2W-LED已经成为背光LED市场主流，所以铝基板比例增加。

2）大宗商品价格上升，尤其铜价上升对PCB价格影响较大，2016年初，1W/m.k规格铝基板较FR4高30元/m2，但是到2016年4月时铝基板已经较FR4便宜（FR4是双面覆铜，使用铜箔量大）；较多原使用FR4的也切换为铝基板状态。

2 铝基板灯条应用注意事项

铝基板PCB有良好的导热散热性能，绝缘方面大板材击穿电压基本能达到AC：3KV、DC：4KV，但是加工成PCB成品后绝缘性能大大衰减；同时因铜箔与铝基板之间仅75～150um厚的绝缘厚度，其电容效应也相对FR4板材更加明显。以下从绝缘性能及分布电容方面分析应用中的相关注意

事项。

2.1 绝缘不良分析

绝缘不良基本原因都是间距不够，常见的PCB绝缘不良发生点包括：引线PAD飞弧、边缘线边距、线路之间放电、线路尖端放电、铜箔与铝基之间放电。

针对绝缘不良的可能性，目前主要措施有：

1）放大各个安全距离，较FR4板相应放大0.3mm～0.5mm；线路距板边至少大于1mm。

2）增大白油厚度，FR-4白油厚度一般为10um～15um，为改善线间距及板边放电，铝基板白油厚度增加到25um。

3）在保证散热、电流余量足够情况下，尽量减小走线铜箔面积以降低发生绝缘不良概率；

4）加强大板材生产制程管控，避免杂质进入以及保证绝缘层厚度均匀性；避免绝缘层发生放电现象；

5）对PCB成品进行100%检验；包括线路间开短路、铜箔与铝基绝缘性能等检查；

6）方案设计时灯条驱动电压值不宜太高。

2.2 分布电容分析

因铜箔与铝基板之间是绝缘层，形成了电容器效应；当铝基板灯条铝基面与背板接触时即将等效电容叠加到相应的驱动电路中，尤其当LED驱动带有MOS调光电路时，该分布电容会产生相应的脉冲电流，当脉冲电流大到一定程度时，可能引起相应的背光驱动保护以及LED大电流损伤。

为减小分布电容对整机电路带来的影响，铝基板灯条设计时需要注意如下几点：

1）减小灯条分布电容容值；--选取合适介电常数板材、减小铜箔面积；

2）灯条走线中LED-尽量短，可走长LED+，降低分布电容对驱动的影响；

3）驱动端在满足性能要求情况下，优先选用不带调光MOS方案；

4）如带调光MOS方案，开发初期由灯条提供灯条等效电容容值，驱动端进行容差设计，保证驱动端对铝基分布电容有足够的设计余量，以不产生脉冲电流或脉冲电流符合规格。

3 针对铝基板灯条设计方案调整

3.1 完善布线设计规则

1）走线之间的距离遵循以下原则：直下式铝基板走线与板边距离大于1.5mm（特殊情况大于1mm）；

2）要求LED-走短，在LED引脚+-端10mm～20mm范围外减小走线宽度，以降低分布电容容值及降低铜箔与铝基绝缘不良概率。

3.2 方案设计优化

1）针对铝基板灯条方案，单通道驱动电压不得高于150V；

2）电源驱动端评估、寻求新的驱动方案，能够对铝基板绝缘不良故障进行及时保护；

3）散热设计要求铝基板灯条在不接触背板情况（悬浮状态）也必须满足温升要求；

4）绝缘层加厚至150um铝基板。

4 结论

本文介绍了铝基板基本原理及其特性，重点讨论了其在液晶电视中的應用注意事项及设计建议，由于成文时间仓促及作者水平有限，文中难免有不当之处，恳请读者及同行批评指正。

参考文献

[1]李秀真.超薄液晶电视用LED背光模组的设计[J].现代显示，2010，21（12）：40-42.

[2]郝亚茹，邓招奇，邓春健.LED显示控制系统移存频率加速方法研究[J].液晶与显示，2016，31（5）：470-476.