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高熱傳導撓曲基板 - 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
事實上除了高功率LED之外,高熱傳導撓曲基板還可以設置其它高功率半導體組件,適用于局促空間或是高密度封裝等要求高散熱等領域。

  有關類似照明用LED模塊的散熱特性,單靠封裝基板往往無法滿足實際需求,因此基板周邊材料的配合變得非常重要,例如圖11的端緣發(fā)光型LED背光模塊的新結構,配合~3W/m?K的熱傳導性膜片,可以有效提高LED模塊的散熱性與LED模塊的組裝作業(yè)性。

  陶瓷系封裝基板

  如上所述白光LED的發(fā)熱隨著投入電力強度的增加持續(xù)上升,LED芯片的溫升會造成光輸出降低,因此LED的封裝結構與使用材料的檢討非常重要。

  以往LED使用低熱傳導率樹脂封裝,被視為是影響散熱特性的原因之一,因此最近幾年逐漸改用高熱傳導陶瓷,或是設有金屬板的樹脂封裝結構。LED芯片高功率化常用手法分別是:

  ●LED芯片大型化

  ●改善LED芯片的發(fā)光效率

  ●采用高取光效率的封裝

  ●大電流化

  雖然提高電流發(fā)光量會呈比例增加,不過LED芯片的發(fā)熱量也會隨著上升。圖12是LED投入電流與放射照度量測結果,由圖可知在高輸入領域放射照度呈現(xiàn)飽和與衰減現(xiàn)象,這種現(xiàn)象主要是LED芯片發(fā)熱所造成,因此LED芯片高功率化時首先必需解決散熱問題。

  LED的封裝除了保護內部LED芯片之外,還兼具LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。

  LED的封裝要求LED芯片產生的光線可以高效率取至外部,因此封裝必需具備高強度、高絕緣性、高熱傳導性與高反射性,令人感到意外的是陶瓷幾乎網羅上述所有特性。

  表2是陶瓷的主要材料物性一覽,除此之外陶瓷耐熱性與耐光線劣化性也比樹脂優(yōu)秀。

  

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  傳統(tǒng)高散熱封裝是將LED芯片設置在金屬基板上周圍再包覆樹脂,然而這種封裝方式的金屬熱膨脹系數(shù)與LED芯片差異非常大,當溫度變化非常大或是封裝作業(yè)不當時極易產生熱歪斜(thermal strain;熱剪應力),進而引發(fā)芯片瑕疵或是發(fā)光效率降低。

  未來LED芯片面臨大型化發(fā)展時,熱歪斜問題勢必變成無法忽視的困擾,有關這點具備接近LED芯片的熱膨脹系數(shù)的陶瓷,可說是熱歪斜對策非常有利的材料。

  圖13是高功率LED陶瓷封裝的外觀;圖14是高功率LED陶瓷封裝的基本結構,圖14(b)的反射罩電鍍銀膜。它可以提高光照射率,圖14(c)的陶瓷反射罩則與陶瓷基板呈一體結構。

  

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  散熱設計

  圖15表示LED內部理想性熱流擴散模式,圖15右圖的實線表示封裝內部P~Q之間高熱流擴散分布非常平坦,由于熱流擴散至封裝整體均勻流至封裝基板,其結果使得LED芯片正下方的溫度大幅降低。

  

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  圖16是以封裝材的熱傳導率表示熱擴散性的差異,亦即圖15表示正常狀態(tài)時的溫度分布,與單位面積單位時間流動的熱流束分布特性。

  使用高熱傳導材時,封裝內部的溫差會變小,此時熱流不會呈局部性集中,LED芯片整體產生的熱流呈放射狀流至封裝內部各角落,換言之高熱傳導材料可以提高LED封裝內部的熱擴散性。

  

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