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資料

有效提高高功率LED散熱性分析(圖)

上傳人:admin

上傳時間: 2008-07-01

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  前言:

  長久以來,顯示應用一直是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發(fā)展,再加上藍光LED發(fā)光效率大幅改善,與LED制造成本持續(xù)下滑,讓LED應用范圍、及有意愿采用LED的產業(yè)范圍不斷擴增,包括液晶、家電、汽車等業(yè)者,也開始積極考慮應用LED的可能性,例如消費性產品業(yè)者對于高功率LED的期待是,能達到省電、高輝度、長使用壽命、高色再現性,這代表著達到高散熱性能力,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封裝除了保護內部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,是非常重要。

  以往LED是使用低熱傳導率樹脂進行封裝,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,可能會出現的情況是,在LED芯片本身的壽命未到達前,環(huán)氧樹脂就已呈現變色情況,因此,提高散熱性已是重要關鍵。

  除此之外,不僅因為熱現象會對環(huán)氧樹脂產生變化,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,甚至有些產品在連續(xù)點亮后的使用壽命僅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。

  圖說:環(huán)氧樹脂耐熱性比較差,在LED芯片本身的壽命到達前,環(huán)氧樹脂就已出現變色。

  金屬基板成新焦點

  因此最近幾年逐漸改用高熱傳導陶瓷,或是金屬樹脂封裝結構,就是為了解決散熱、與強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,就成了LED高效率化之后另1個備受關心的新發(fā)展。

  過去由于LED輸出功率較小,因此使用傳統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,雖芯片面積相當小,整體消費電力也不高,不過單位面積的發(fā)熱量卻很大。

  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計高輝度LED商品的開發(fā)重點。

  圖說:LED芯片大多利用芯片大型化、改善發(fā)光效率、采高取光效率封裝,及大電流化達高亮度目標。

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