大功率LED散熱分析
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(jìn)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(lán)光LED發(fā)光效率大幅改善 ..
前言:
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(jìn)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(lán)光LED發(fā)光效率大幅改善,與LED制造成本持續(xù)下滑,讓LED應(yīng)用范圍、及有意愿采用LED的產(chǎn)業(yè)范圍不斷擴(kuò)增,包括液晶、家電、汽車等業(yè)者,也開始積極考慮應(yīng)用LED的可能性,例如消費(fèi)性產(chǎn)品業(yè)者對于高功率LED的期待是,能達(dá)到省電、高輝度、長使用壽命、高色再現(xiàn)性,這代表著達(dá)到高散熱性能力,是高功率LED封裝基板不可欠缺的條件。 此外,液晶面板業(yè)者面臨歐盟RoHS規(guī)范,需正視將冷陰極燈管全面無水銀化的環(huán)保壓力,造成市場對于高功率LED的需求更加急迫。 LED封裝除了保護(hù)內(nèi)部LED芯片外,還兼具LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。 環(huán)氧樹脂特性已不符合高功率LED需求 1個LED能達(dá)到幾百流明,這基本上不是大問題,主要的問題是,如何去處理散熱?接下來在產(chǎn)生這么大的流明后,如何維持亮度的穩(wěn)定與持續(xù)性,這又是另一個重要課題,若熱處理沒有做好的話,LED的亮度和壽命會下降很快,對于LED來說,如何做到有效的可靠度和熱傳導(dǎo),是非常重要。 以往LED是使用低熱傳導(dǎo)率樹脂進(jìn)行封裝,不過這被視為是影響散熱特性的原因之一,此外,環(huán)氧樹脂耐熱性比較差,可能會出現(xiàn)的情況是,在LED芯片本身的壽命未到達(dá)前,環(huán)氧樹脂就已呈現(xiàn)變色 情況,因此,提高散熱性已是重要關(guān)鍵。 除此之外,不僅因為熱現(xiàn)象會對環(huán)氧樹脂產(chǎn)生變化,甚至短波長也會對環(huán)氧樹脂造成問題,這是因為白光LED發(fā)光光譜中,也包含短波長光線,而環(huán)氧樹脂卻相當(dāng)容易受白光LED中的短波長光線破壞,即使是低功率白光LED,已能使環(huán)氧樹脂破壞現(xiàn)象加劇,更何況高功率白光LED所發(fā)出的短波長光線更多,惡化自然比低功率款式更加快速,甚至有些產(chǎn)品在連續(xù)點(diǎn)亮后的使用壽命僅5,000小時,甚至更短!所以,與其不斷克服因舊有封裝材料「環(huán)氧樹脂」帶來的變色困擾,不如朝尋求新1代的封裝材料努力。 金屬基板成新焦點(diǎn) 因此最近幾年逐漸改用高熱傳導(dǎo)陶瓷,或是金屬樹脂封裝結(jié)構(gòu),就是為了解決散熱、與強(qiáng)化原有特性做的努力。LED芯片高功率化常用方式是:芯片大型化、改善發(fā)光效率、采用高取光效率的封裝、及大電流化。這類做法雖然電流發(fā)光量會呈比例增加,不過發(fā)熱量也會隨之上升。 對高功率LED封裝技術(shù)上而言,由于散熱的問題造成了一定程度的困擾,在此背景下具有高成本效益的金屬基板技術(shù),就成了LED高效率化之后另1個備受關(guān)心的新發(fā)展。 過去由于LED輸出功率較小,因此使用傳統(tǒng)FR4等玻璃環(huán)氧樹脂封裝基板,并不會造成太大的散熱問題,但應(yīng)用于照明用的高功率LED,其發(fā)光效率約為20%~30%左右,雖芯片面積相當(dāng)小,整體消費(fèi)電力也不高,不過單位面積的發(fā)熱量卻很大。 |
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