IT產品導熱與散熱漫談專輯系列(二)─鋁基板、電腦主機板、顯示卡降溫新技術與材料

傳統工法

隨著LED燈具磊晶瓦數不斷升高，鋁基板的耐擊穿電壓基本要求約為DC-2000V。但是磊晶瓦數增高，鋁基板的耐擊穿電壓規格也隨之增加，台灣及大陸許多鋁基板廠，已被客戶要求其耐擊穿電壓要達到DC-5,000V。
原本要讓鋁基板達到耐擊穿電壓DC-2,000V，鋁基板廠商的工法是在鋁基板上下兩面施以陽極處理，以增強耐擊穿電壓的能力。處理後，鋁基板要黏貼一層導熱膠膜，這樣就可以具備耐擊穿電壓DC-2,000V的能力。但是要達到耐擊穿電壓DC-4,000V~5,000V或以上的高規標準時，除了陽極處理還要增加導熱膠膜從一層到兩至三層不等。導熱膠膜的層數增加，就是製程工時、材料成本的提高。如果是從日本進口已加工過的耐高擊穿電壓鋁基板的話，廠商成本更是高的嚇人。

解決鋁基板板彎板翹情況

通常鋁基板廠商在黏貼傳統導熱膠膜後，會因為膠膜與鋁板的熱漲冷縮應力不同，導致鋁基板在加工後會有板彎、板翹的情形。為了協助廠商解決此問題，我們對LED燈具組裝廠、鋁基板廠，發表了冠品TC-19EW軟陶瓷散熱漆的新工法應用說明會。冠品TC-19EW軟陶瓷散熱漆本身有含有奈米化的微陶瓷粒子，具備有相當強的絕緣能力，只要在鋁基板上噴塗3微米，就能讓鋁基板耐擊穿電壓達到DC-5,000V。如需再提高耐擊穿電壓，只需增加TC-19EW軟陶瓷散熱漆的噴塗厚度即可。由於此種新材料是屬於軟性熱固膠，會隨著鋁板的漲縮變化，就不再會發生板彎翹的困擾，大幅降低鋁基板廠商的材料及製程成本，也免除了原本二次加工的費用。

新製程工法大幅降低成本

廠商導入TC-19EW軟陶瓷散熱漆後，以新的製程工法不但迅速大幅降低成本，更可以加快散熱速度，降低系統溫度。原因是在於傳統工法的鋁基板陽極處理，增加的耐極穿電壓能力有限，副作用是在鋁基板上提前形成氧化膜，把要傳導出去的熱度給封住，阻礙了散熱效率，當然會影響LED磊晶的效能，不但讓光能轉換效能變低造成光衰，更會減短燈具壽命。這種軟陶瓷散熱漆除了噴塗在鋁基板上，取代陽極處理製程，減少導熱膠膜使用層數外，也可應用於LED燈具的外層保護。

板卡元件散熱新技術

電腦元件如CPU、GPU、Chipset在系統效能越來越高的同時，眾所皆知元件所造成的熱能也越來越多。熱不均且蓄熱效應的影響，使得PCB的溫度越來越高，交互作用的惡性循環之下，則容易造成元件受熱而損壞。PC因此當機，或是超頻功能受到限制，熱度無法有效降溫所造成的損失無法想像。由於熱源多來自於元件，但蓄熱多存在於PCB表層下的玻纖布介質層(指1、2層之間)。傳統上電腦主機板、顯示卡、遊戲機機板是FR4玻纖銅箔壓合基板，主要是靠Heat Sink散熱鰭片、Heat Pipe散熱冷凝管、再加風扇來降溫。隨著電腦元件溫度越來越高，這種傳統散熱方式面臨瓶頸，在無法降低元件本身溫度之下，惟有改變散熱材料及製程。其理在於玻纖布本身是好的絕緣體，卻也無法傳導熱度，基板中的玻纖布介質層卻把熱封閉在板材內而積熱，FR4 PCB的表層用的是硬質防焊油墨(俗稱綠漆)，也是無法有效散熱，把勉強發散上來的熱度又封鎖在PCB表層之下，所有的散熱都靠散熱模組及風扇來幫忙，當然會有散熱性的瓶頸。我們提供的解法是將玻纖布介質層改為可快速均溫的材料，讓基板板材內的熱度一層層的傳導出來，再把FR4 PCB表層硬質防焊油墨(俗稱綠漆)，改為軟質散熱型防焊油墨，讓傳導出來的熱度由表層發散出去，達到散熱降溫的效果。

最早冠品軟陶瓷散熱漆是應海事照明的需求所開發，耐酸鹼侵蝕度3~11PH，並具有抗靜電性不沾染落塵，雨水沖刷過後表面極易保持乾淨。經過多家LED路燈廠商應用過後發現，以TC-19EW取代傳統烤漆，可降低系統溫度達攝氏10度；取代燈具外殼的陽極處理，則可降低攝氏7度。這些優異的特性，就是廠商改用軟陶瓷散熱漆及採用新工法的原因，當然廠商更在乎的是它真的能大幅降低成本。

冠品化學研發部經理陳天一表示，LED產品熱阻要低不僅僅是要用對導熱膠，還要改善導熱膠所接合的各種介質的介面熱阻，例如：磊晶與基板、基板與散熱模組，如果在磊晶黏著時就以絕緣導熱膠在磊晶底部塗佈，電路板與導熱鋁基板間也整體塗佈絕緣導熱膠，再與散熱模組黏合，就能徹底降低總體熱阻，讓LED的效率更為有效發揮。冠品軟陶瓷導熱膠本身就是一個散熱體，可以大幅簡化散熱模組結構，降低系統溫度，有效排除熱能。耐熱溫度高達攝氏400度，無爆板、彎板的疑慮。 (本文作者 冠品化學研發部經理 陳天一)