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鋁質基板 - 高功率LED封裝基板技術分析

2011年11月07日 14:00 本站整理 作者:秩名 用戶評論(0
鋁質基板是應用鋁的高熱傳導性與輕量化特性制成高密度封裝基板,目前已經應用在冷氣空調的轉換器(Inverter)、通訊設備的電源基板等領域,鋁質基板同樣適用于高功率LED的封裝。

  圖6是各種金屬系封裝基板的特性比較,一般而言金屬封裝基板的等價熱傳導率標準大約是2W/m?K,為滿足客戶4~6W/m?K高功率化的需要,業者已經推出等價熱傳導率超過8W/m?K的金屬系封裝基板。

  

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  由于硬質金屬系封裝基板主要目的是支持高功率LED的封裝,因此各封裝基板廠商正積極開發可以提高熱傳導率的技術。

  硬質金屬系封裝基板的主要特征是高散熱性。圖7與圖8是仿真分析LED芯片發熱量為1W時,2W/m ?K一般封裝基板與8W/m?K超高熱傳導封裝基板正常使用狀態下的溫度分布特性。

  由圖8可知使用高熱傳導性絕緣層封裝基板,可以大幅降低LED芯片的溫度。此外基板的散熱設計,透過散熱膜片與封裝基板的組合,還可望延長LED芯片的使用壽命。

  金屬系封裝基板的缺點是基材的金屬熱膨脹系數非常大,類似低熱膨脹系數陶瓷系芯片組件焊接時,容易受到熱循環沖擊,如果高功率LED的封裝使用氮化鋁時,金屬系封裝基板可能會發生不協調問題,因此必需設法吸收LED模塊的各材料熱膨脹系數差異造成的熱應力,藉此緩和熱應力提高封裝基板的可靠性。

  可撓曲系基板的特性

  可撓曲基板的主要用途大多集中在布線用基板,以往高功率晶體管IC等高發熱組件幾乎不使用可撓曲基板,最近幾年液晶顯示器為滿足高輝度化需求,強烈要求可撓曲基板可以高密度設置高功率LED,然而LED的發熱造成LED使用壽命降低,卻成為非常棘手的技術課題,雖然利用鋁板質補強板可以提高散熱性,不過卻有成本與組裝性的限制,無法根本解決問題。

  圖9是高熱傳導撓曲基板的斷面結構,它是在絕緣層黏貼金屬箔,雖然基本結構則與傳統撓曲基板完全相同,不過絕緣層采用軟質環氧樹脂充填高熱傳導性無機填充物的材料,具有與硬質金屬系封裝基板同等級8W/m?K的熱傳導性,同時還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導特性與高可靠性(表1),此外可撓曲基板還可以依照客戶需求,將單面單層面板設計成單面雙層、雙面雙層結構。

  

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  高熱傳導撓曲基板的主要特征是可以設置高發熱組件,并作三次元組裝,亦即它可以發揮自由彎曲特性,進而獲得高組裝空間利用率。

  圖10是高熱傳導撓曲基板與傳統聚亞酰胺(Polyi-mide)撓曲基板,設置1W高功率LED時的散熱實驗結果,聚亞酰胺基板的厚度為25μm,基板的散熱采用自然對流方式。

  

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  根據實驗結果顯示使用高熱傳導撓曲基板時,LED的溫度大約降低100℃,這意味著溫度造成LED使用壽命降低的問題可望獲得改善。

  

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( 發表人:小蘭 )

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