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  • 大功率LED散熱分析

    作者:佚名 來源:本站整理 時間:2011-09-29 00:38 閱讀:1547 [投稿]
    長久以來,顯示應(yīng)用一直是LED的主要訴求,對于LED的散熱性要求不甚高的情況下,LED多利用傳統(tǒng)樹脂基板進行封裝。2000年以后,隨LED高輝度化與高效率化技術(shù)發(fā)展,再加上藍光LED發(fā)光效率大幅改善 ..
      一般來說,樹脂基板的散熱,只能夠支持0.5W以下的LED,超過0.5W以上的LED,多改用金屬或陶瓷高散熱基板進行封裝,主要原因是,基板的散熱性直接影響LED壽命與性能,因此封裝基板成為設(shè)計高輝度LED商品的開發(fā)重點。
    高功率加速金屬基板取代樹脂材料
      關(guān)于LED封裝基板散熱設(shè)計,目前大致可以分成,LED芯片至封裝體的熱傳導、及封裝體至外部的熱傳達兩大部分。使用高熱傳導材時,封裝內(nèi)部的溫差會變小,此時熱流不會呈局部性集中,LED芯片整體產(chǎn)生的熱流,呈放射狀流至封裝內(nèi)部各角落,所以利用高熱傳導材料,可提高內(nèi)部的熱擴散性。
      就熱傳導的改善來說,幾乎是完全仰賴材料提升來解決問題。多數(shù)人均認為,隨LED芯片大型化、大電流化、高功率化發(fā)展,會加速金屬封裝取代傳統(tǒng)樹脂封裝方式。
      就目前金屬高散熱基板材料而言,可分成硬質(zhì)與可撓曲兩種基板,結(jié)構(gòu)上,硬質(zhì)基板屬于傳統(tǒng)金屬材料,金屬LED封裝基板采鋁與銅等材料,絕緣層部分,大多采充填高熱傳導性無機填充物,擁有高熱傳導性、加工性、電磁波遮蔽性、耐熱沖擊性等金屬特性,厚度方面通常大于1mm,大多都廣泛應(yīng)用在LED燈具模塊,與照明模塊等,技術(shù)上是與鋁質(zhì)基板具相同高熱傳導能力,在高散熱要求下,相當有能力擔任高功率LED封裝材料。
      各封裝基板業(yè)者正積極開發(fā)可撓曲基板
      可撓曲基板的出現(xiàn),原期望應(yīng)用在汽車導航的LCD背光模塊薄形化需求而開發(fā),以及高功率LED可以完成立體封裝要求下產(chǎn)生,基本上可撓曲基板以鋁為材料,是利應(yīng)用鋁的高熱傳導性與輕量化特性,制成高密度封裝基板,透過鋁質(zhì)基板薄板化后,達可撓曲特性,并且也能夠具高熱傳導特性
      一般而言,金屬封裝基板熱傳導率大約是2W/m‧K,但由于高效率LED的熱效應(yīng)更高,所以為了滿足達到4~6W/m‧K熱傳導率的需要,目前已有熱傳導率超過8W/m‧K的金屬封裝基板。由于硬質(zhì)金屬封裝基板主要目的是,能夠滿足高功率LED的封裝,因此各封裝基板業(yè)者正積極開發(fā)可以提高熱傳導率的技術(shù)。雖然利用鋁板質(zhì)補強板可以提高散熱性,不過卻有成本與組裝的限制,無法根本解決問題。
      不過,金屬封裝基板的缺點是,金屬熱膨脹系數(shù)很大,當與低熱膨脹系數(shù)陶瓷芯片焊接時,容易受熱循環(huán)沖擊,所以當使用氮化鋁封裝時,金屬封裝基板可能會發(fā)生不協(xié)調(diào)現(xiàn)象,因此必需克服LED中,各種不同熱膨脹系數(shù)材料,所造成的熱應(yīng)力差異,提高封裝基板的可靠性。
    高熱傳導撓曲基板,是在絕緣層黏貼金屬箔,雖然基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)撓曲基板完全相同,不過在絕緣層方面,是采用軟質(zhì)環(huán)氧樹脂充填高熱傳導性無機填充物,因此具有8W/m‧K的高熱傳導性,同時還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導特性與高可靠性,此外可撓曲基板還可以依照客戶需求,可將單面單層板設(shè)計成單面雙層、雙面雙層結(jié)構(gòu)。根據(jù)實驗結(jié)果顯示,使用高熱傳導撓曲基板時,LED的溫度大約降低攝氏100度,這代表著溫度造成LED使用壽命降低的問題,將可因變更基板設(shè)計而大幅改善。
      事實上,除高功率LED外,高熱傳導撓曲基板,還可應(yīng)用在其它高功率半導體組件上,適用于空間有限、或是高密度封裝等環(huán)境。不過,僅僅依賴封裝基板,往往無法滿足實際需求,因此基板外圍材料的配合也變得益形重要,例如配合3W/m‧K的熱傳導性膜片,就能夠有效再提高其散熱性。
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