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誰能拯救壽命之困?LED散熱基板來揭曉

發(fā)布時間:2015-01-07 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】一直以來,LED壽命都是LED市場的技術(shù)之困。隨著節(jié)能環(huán)保意識的加強,節(jié)能省電、高效、反應(yīng)時間快、壽命長、不含汞的LED稱謂LED行業(yè)的搶手貨。LED散熱技術(shù)稱謂工程師技術(shù)突破的焦點,本文就這一問題提出了一種新型的解決辦法。

LED高功率產(chǎn)品輸入功率約為20%能轉(zhuǎn)換成光,剩下80%的電能均轉(zhuǎn)換為熱能。一般而言,LED發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能若無法導(dǎo)出,將會使LED結(jié)面溫度過高,進而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率、穩(wěn)定性。

LED散熱途徑

依據(jù)不同的封裝技術(shù),其散熱方法亦有所不同,而LED各種散熱途徑方法約略可以下示意之:

散熱途徑說明:

(1).從空氣中散熱
(2).熱能直接由Systemcircuitboard導(dǎo)出
(3).經(jīng)由金線將熱能導(dǎo)出
(4).若為共晶及Flipchip制程,熱能將經(jīng)由通孔至系統(tǒng)電路板而導(dǎo)出

一般而言,LED晶粒(Die)以打金線、共晶或覆晶方式連結(jié)于其基板上(SubstrateofLEDDie)而形成一LED晶片(chip),而后再將LED晶片固定于系統(tǒng)的電路板上(Systemcircuitboard)。因此,LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱,或經(jīng)由LED晶?;逯料到y(tǒng)電路板再到大氣環(huán)境。而散熱由系統(tǒng)電路板至大氣環(huán)境的速率取決于整個發(fā)光燈具或系統(tǒng)之設(shè)計。

然而現(xiàn)階段的整個系統(tǒng)之散熱瓶頸,多數(shù)發(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導(dǎo)至其基板再到系統(tǒng)電路板為主。此部分的可能散熱途徑:其一為直接藉由晶?;迳嶂料到y(tǒng)電路板,在此散熱途徑里,其LED晶?;宀牧系臒嵘⒛芰礊橄喈?dāng)重要的參數(shù)。另一方面,LED所產(chǎn)生的熱亦會經(jīng)由電極金屬導(dǎo)線而至系統(tǒng)電路板,一般而言,利用金線方式做電極接合下,散熱受金屬線本身較細長之幾何形狀而受限;

因此,近來即有共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)接合方式,此設(shè)計大幅減少導(dǎo)線長度,并大幅增加導(dǎo)線截面積,如此一來,藉由LED電極導(dǎo)線至系統(tǒng)電路板之散熱效率將有效提升。經(jīng)由以上散熱途徑解釋,可得知散熱基板材料的選擇與其LED晶粒的封裝方式于LED熱散管理上占了極重要的一環(huán),后段將針對LED散熱基板做概略說明。

LED散熱基板

LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身具有較佳的熱傳導(dǎo)性,將熱源從LED晶粒導(dǎo)出。因此,我們從LED散熱途徑敘述中,可將LED散熱基板細分兩大類別,分別為LED晶?;迮c系統(tǒng)電路板,此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能,經(jīng)由LED晶粒散熱基板至系統(tǒng)電路板,而后由大氣環(huán)境吸收,以達到熱散之效果。

系統(tǒng)電路板

由于近年來印刷電路板的生產(chǎn)技術(shù)已非常純熟,隨著早期LED產(chǎn)品的系統(tǒng)電路板多以PCB為主,但隨著高功率LED的需求增加,PCB之材料散熱能力有限,使其無法應(yīng)用于其高功率產(chǎn)品,為了改善高功率LED散熱問題,近期已發(fā)展出高熱導(dǎo)系數(shù)鋁基板(MCPCB),利用金屬材料散熱特性較佳的特色,已達到高功率產(chǎn)品散熱的目的。然而隨著LED亮度與效能要求的持續(xù)發(fā)展,盡管系統(tǒng)電路板能將LED晶片所產(chǎn)生的熱有效的散熱到大氣環(huán)境,但是LED晶粒所產(chǎn)生的熱能卻無法有效的從晶粒傳導(dǎo)至系統(tǒng)電路板,異言之,當(dāng)LED功率往更高效提升時,整個LED的散熱瓶頸將出現(xiàn)在LED晶粒散熱基板。

LED晶?;?/strong>

LED晶?;逯饕亲鳛長ED晶粒與系統(tǒng)電路板之間熱能導(dǎo)出的媒介,藉由打線、共晶或覆晶的制程與LED晶粒結(jié)合。而基于散熱考量,目前市面上LED晶?;逯饕蕴沾苫鍨橹?,以線路備制方法不同約略可區(qū)分為:厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷、以及薄膜陶瓷基板三種,在傳統(tǒng)高功率LED元件,多以厚膜或低溫共燒陶瓷基板作為晶粒散熱基板,再以打金線方式將LED晶粒與陶瓷基板結(jié)合。

如前言所述,此金線連結(jié)限制了熱量沿電極接點散失之效能。因此,近年來,國內(nèi)外大廠無不朝向解決此問題而努力。其解決方式有二,其一為尋找高散熱系數(shù)之基板材料,以取代氧化鋁,包含了矽基板、碳化矽基板、陽極化鋁基板或氮化鋁基板,其中矽及碳化矽基板之材料半導(dǎo)體特性,使其現(xiàn)階段遇到較嚴苛的考驗,而陽極化鋁基板則因其陽極化氧化層強度不足而容易因碎裂導(dǎo)致導(dǎo)通,使其在實際應(yīng)用上受限,因而,現(xiàn)階段較成熟且普通接受度較高的即為以氮化鋁作為散熱基板;然而,目前受限于氮化鋁基板不適用傳統(tǒng)厚膜制程(材料在銀膠印刷后須經(jīng)850℃大氣熱處理,使其出現(xiàn)材料信賴性問題),因此,氮化鋁基板線路需以薄膜制程備制。

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