LED散熱基板技術(shù)發(fā)展趨勢分析

1、前言

隨著(zhù)全球環(huán)保的意識抬頭，節能省電已成為當今的趨勢。LED產(chǎn)業(yè)是近年來(lái)最受矚目的產(chǎn)業(yè)之一。發(fā)展至今，LED產(chǎn)品已具有節能、省電、高效率、反應時(shí)間快、壽命周期長(cháng)、且不含汞，具有環(huán)保效益…等優(yōu)點(diǎn)。然而通常LED高功率產(chǎn)品輸入功率約為20%能轉換成光，剩下80%的電能均轉換為熱能。

一般而言，LED發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能若無(wú)法導出，將會(huì )使LED結面溫度過(guò)高，進(jìn)而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率、穩定性，而LED結面溫度、發(fā)光效率及壽命之間的關(guān)系，以下將利用關(guān)系圖作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖一為L(cháng)ED結面溫度與發(fā)光效率之關(guān)系圖，當結面溫度由25℃上升至100℃時(shí)，其發(fā)光效率將會(huì )衰退20%到75%不等，其中又以黃色光衰退75%最為嚴重。此外，當LED的操作環(huán)境溫度愈高，其產(chǎn)壽命亦愈低(如圖二所示)，當操作溫度由63℃升到74℃時(shí)，LED平均壽命將會(huì )減少3/4。因此，要提升LED的發(fā)光效率，LED系統的熱散管理與設計便成為了一重要課題，在了解LED散熱問(wèn)題之前，必須先了解其散熱途徑，進(jìn)而針對散熱瓶頸進(jìn)行改善。

2、LED散熱途徑

依據不同的封裝技術(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圖三示意之：

散熱途徑說(shuō)明：

1.從空氣中散熱

2.熱能直接由Systemcircuitboard導出

3.經(jīng)由金線(xiàn)將熱能導出

4.若為共晶及Flipchip制程，熱能將經(jīng)由通孔至系統電路板而導出)

一般而言，LED晶粒(Die)以打金線(xiàn)、共晶或覆晶方式連結于其基板上(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(如圖三途徑1所示)，或經(jīng)由LED晶?；逯料到y電路板再到大氣環(huán)境。而散熱由系統電路板至大氣環(huán)境的速率取決于整個(gè)發(fā)光燈具或系統之設計。

然而，現階段的整個(gè)系統之散熱瓶頸，多數發(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導至其基板再到系統電路板為主。此部分的可能散熱途徑：其一為直接藉由晶?；迳嶂料到y電路板(如圖三途徑2所示)，在此散熱途徑里，其LED晶?；宀牧系臒嵘⒛芰礊橄喈斨匾膮?。另一方面，LED所產(chǎn)生的熱亦會(huì )經(jīng)由電極金屬導線(xiàn)而至系統電路板，一般而言，利用金線(xiàn)方式做電極接合下，散熱受金屬線(xiàn)本身較細長(cháng)之幾何形狀而受限(如圖三途徑3所示)；因此，近來(lái)即有共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)接合方式，此設計大幅減少導線(xiàn)長(cháng)度，并大幅增加導線(xiàn)截面積，如此一來(lái)，藉由LED電極導線(xiàn)至系統電路板之散熱效率將有效提升(如圖三途徑4所示)。

經(jīng)由以上散熱途徑解釋?zhuān)傻弥峄宀牧系倪x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(shuō)明。

3、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性，將熱源從LED晶粒導出。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(lèi)別，分別為(1)LED晶?；迮c(2)系統電路板，此兩種不同的散熱基板分別乘載著(zhù)LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能，經(jīng)由LED晶粒散熱基板至系統電路板，而后由大氣環(huán)境吸收，以達到熱散之效果。