LED散熱鋁基�,一般而言,LED�(fā)光時(shí)所�(chǎn)生的熱能若無(wú)法導(dǎo)出,將會(huì)使LED�(jié)面溫度過(guò)�,�(jìn)而影響產(chǎn)品生命周�、發(fā)光效率、穩(wěn)定�,而LED�(jié)面溫度、發(fā)光效率及壽命之間的關(guān)�,因�,要提升 LED的發(fā)光效率,LED系統(tǒng)的熱散管理與�(shè)�(jì)便成為了一重要課題,在了解LED散熱�(wèn)題之�,必須先了解其散熱途徑,�(jìn)而針�(duì)散熱瓶頸�(jìn)行改善�
依據(jù)不同的封裝技�(shù),其散熱方法亦有所不同�
散熱途徑�(shuō)明:
1. 從空氣中散熱
2. 熱能直接由System circuit board�(dǎo)�
3. �(jīng)由金線將熱能�(dǎo)�
4. 若為共晶及Flip chip制程,熱能將�(jīng)由通孔至系�(tǒng)電路板而導(dǎo)�)
一般而言,LED晶粒(Die)以打金線、共晶或覆晶方式連結(jié)于其基板�(Substrate of LED Die)而形成一LED晶片( chip),而后再將LED 晶片固定于系�(tǒng)的電路板�(System circuit board)。因�,LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散�(如圖三途徑1所�),或�(jīng)由LED�?;逯料到y(tǒng)電路板再到大氣環(huán)�。而散熱由系統(tǒng)電路� 至大氣環(huán)境的速率取決于整�(gè)�(fā)光燈具或系統(tǒng)之設(shè)�(jì)�
然�,現(xiàn)階段的整�(gè)系統(tǒng)之散熱瓶頸,多數(shù)�(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導(dǎo)至其基板再到系統(tǒng)電路板為�。此部分的可能散熱途徑:其一為直接藉由晶粒基板散熱至 系統(tǒng)電路�(如圖三途徑2所�),在此散熱途徑�,其LED�?;宀牧系臒嵘⒛芰礊橄喈?dāng)重要的參�(shù)。另一方面,LED所�(chǎn)生的熱亦�(huì)�(jīng)由電極金屬導(dǎo)� 而至系統(tǒng)電路板,一般而言,利用金線方式做電極接合�,散熱受金屬線本身較�(xì)�(zhǎng)之幾何形狀而受限,因此,近�(lái)即有共晶 (Eutectic) 或覆�(Flip chip)接合方式,此�(shè)�(jì)大幅減少�(dǎo)線長(zhǎng)�,并大幅增加�(dǎo)線截面積,如此一�(lái),藉由LED電極�(dǎo)線至系統(tǒng)電路板之散熱效率將有效提升�
�(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�(huán),后段將針對(duì)LED散熱鋁基板做概略�(shuō)��
LED散熱鋁基�
LED散熱鋁基板主要是利用其散熱基板材料本身具有較佳的熱傳�(dǎo)�,將熱源從LED晶粒�(dǎo)�。因�,我們從LED散熱途徑敘述�,可將LED散熱基板�(xì)分兩 大類(lèi)�,分別為(1)LED晶粒基板�(2)系統(tǒng)電路�,此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒�(fā)光時(shí)所�(chǎn)生的熱能,經(jīng)� LED晶粒散熱基板至系�(tǒng)電路�,而后由大氣環(huán)境吸�,以�(dá)到熱散之效果�
系統(tǒng)電路�
系統(tǒng)電路板主要是作為L(zhǎng)ED散熱系統(tǒng)中,將熱能導(dǎo)至散熱鰭�、外殼或大氣中的材料。近年來(lái)印刷電路�(PCB)的生�(chǎn)技�(shù)已非常純熟,早期LED�(chǎn)� 的系�(tǒng)電路板多以PCB為主,但隨著高功率LED的需求增�,PCB之材料散熱能力有�,使其無(wú)法應(yīng)用于其高功率�(chǎn)�,為了改善高功率LED 散熱�(wèn)�,近期已�(fā)展出高熱�(dǎo)系數(shù)鋁基�(MCPCB),利用金屬材料散熱特性較佳的特色,已�(dá)到高功率�(chǎn)品散熱的目的。然而隨著LED亮度與效能要求的 持續(xù)�(fā)�,盡管系�(tǒng)電路板能將LED 晶片所�(chǎn)生的熱有效的散熱到大氣環(huán)�,但是LED晶粒所�(chǎn)生的熱能卻無(wú)法有效的從晶粒傳�(dǎo)至系�(tǒng)電路板,異言�,當(dāng)LED功率往更高效提升時(shí),整�(gè)LED 的散熱瓶頸將出現(xiàn)在LED晶粒散熱基板,下段文章將針對(duì)LED晶粒基板做更深入的探��
LED�?;?BR> LED�?;逯饕亲鳛長(zhǎng)ED 晶粒與系�(tǒng)電路板之間熱能導(dǎo)出的媒介,藉由打�、共晶或覆晶的制程與LED 晶粒�(jié)合。而基于散熱考量,目前市面上LED�?;逯饕蕴沾苫鍨橹鳎跃€路備制方法不同約略可區(qū)分為:厚膜陶瓷基�、低溫共燒多層陶�、以及薄膜陶 瓷基板三種,在傳�(tǒng)高功率LED元件,多以厚膜或低溫共燒陶瓷基板作為晶粒散熱基板,再以打金線方式將LED晶粒與陶瓷基板結(jié)�。如前言所述,此金線連結(jié) 限制了熱量沿電極接點(diǎn)散失之效�。因�,近年來(lái),國(guó)�(nèi)外大廠無(wú)不朝向解決此�(wèn)題而努�。其解決方式有二,其一為尋找高散熱系數(shù)之基板材�,以取代氧化�� 包含了矽基板、碳化矽基板、陽(yáng)極化鋁基板或氮化鋁基�,其中矽及碳化矽基板之材料半�(dǎo)體特性,使其�(xiàn)階段遇到較嚴(yán)苛的考驗(yàn),而陽(yáng)極化鋁基板則因其�(yáng)極化� 化層�(qiáng)度不足而容易因碎裂�(dǎo)致導(dǎo)通,使其在實(shí)際應(yīng)用上受限,因�,現(xiàn)階段較成熟且普通接受度較高的即為以氮化鋁作為散熱基�;然而,目前受限于氮化鋁基板 不適用傳�(tǒng)厚膜制程(材料在銀膠印刷后須經(jīng)850℃大氣熱處理,使其出�(xiàn)材料信賴性問(wèn)�),因�,氮化鋁基板線路需以薄膜制程備�。以薄膜制程備制之氮� 鋁基板大幅加速了熱量從LED晶粒�(jīng)由基板材料至系統(tǒng)電路板的效能,因此大幅降低熱量由LED晶粒�(jīng)由金屬線至系�(tǒng)電路板的�(fù)�(dān),�(jìn)而達(dá)到高熱散的效果�
另一種熱散的解決方案為將LED晶粒與其基板以共晶或覆晶的方式連結(jié),如此一�(lái),大幅增加經(jīng)由電極導(dǎo)線至系統(tǒng)電路板之散熱效率。然而此制程�(duì)于基板的布線 精確度與基板線路表面平整度要求極�,這使得厚膜及低溫共燒陶瓷基板的精�(zhǔn)度受制程�(wǎng)版張�(wǎng)�(wèn)題及燒結(jié)收縮比例�(wèn)題而不敷使用。現(xiàn)階段多以�(dǎo)入薄膜陶瓷基 �,以解決此問(wèn)�。薄膜陶瓷基板以黃光微影方式備制電路,輔以電鍍或化學(xué)鍍方式增加線路厚度,使得其產(chǎn)品具有高線路精準(zhǔn)度與高平整度的特�。共�/覆晶� 程輔以薄膜陶瓷散熱基板勢(shì)必將大幅提升LED的發(fā)光功率與�(chǎn)品壽��
近年�(lái),由于鋁基板的開(kāi)�(fā),使得系�(tǒng)電路板的散熱�(wèn)題逐漸獲得改善,甚而逐漸往可撓曲之軟式電路板開(kāi)�(fā)。另一方面,LED�?;逡嘀鸩匠蚪档推錈嶙璺较蚺?�
如何降低LED晶粒陶瓷散熱基板的熱阻為目前提升LED�(fā)光效率最主要的課題之一,若依其線路制作方法可區(qū)分為厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶�、以及薄膜陶瓷基板三種,分別�(shuō)明如下:
厚膜陶瓷基板
厚膜陶瓷基板乃采用網(wǎng)印技�(shù)生產(chǎn),藉由刮刀將材料印制于基板�,經(jīng)�(guò)干燥、燒�(jié)、雷射等步驟而成,目前國(guó)�(nèi)厚膜陶瓷基板主要制造商為禾伸堂、九豪等公司� 一般而言,網(wǎng)印方式制作的線路�?yàn)榫W(wǎng)版張�(wǎng)�(wèn)�,容易產(chǎn)生線路粗糙、對(duì)位不精準(zhǔn)的現(xiàn)�。因�,對(duì)于未�(lái)尺寸要求越來(lái)越小,線路越�(lái)越精�(xì)的高功率LED�(chǎn) 品,亦或是要求對(duì)位準(zhǔn)確的共晶或覆晶制程生�(chǎn)的LED�(chǎn)品而言,厚膜陶瓷基板的精確度已逐漸不敷使用�
低溫共燒多層陶瓷
低溫共燒多層陶瓷技�(shù),以陶瓷作為基板材料,將線路利用�(wǎng)印方式印刷于基板上,再整合多層的陶瓷基板,透過(guò)低溫?zé)Y(jié)而成。而低溫共燒多層陶瓷基板之金屬線路層亦是利用網(wǎng)印制程制�,同樣有可能因張�(wǎng)�(wèn)題造成�(duì)位誤差,此外,多層陶瓷疊壓燒�(jié)�,還�(huì)考量其收 縮比例的�(wèn)�。因�,若將低溫共燒多層陶瓷使用于要求線路�(duì)位精�(zhǔn)的共�/覆晶LED�(chǎn)品,將更顯嚴(yán)��
薄膜陶瓷基板
為了改善厚膜制程張網(wǎng)�(wèn)�,以及多層疊壓燒�(jié)后收縮比例問(wèn)�,近�(lái)�(fā)展出薄膜陶瓷基板作為L(zhǎng)ED晶粒的散熱基板。薄膜散熱基板乃�(yùn)用濺�、電/電化�(xué)� 積、以及黃光微影制程制作而成,具備:
(1)低溫制程(300℃以�),避免了高溫材料破壞或尺寸變異的可能��
(2)使用黃光微影制程,讓基板上的線路 更加精確�
(3)金屬線路不易脫落…等特點(diǎn),因此薄膜陶瓷基板適用于高功率、小尺寸、高亮度的LED,以及要求對(duì)位精確性高的共�/覆晶封裝制程�
目前LED�(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì),可從LED各封裝大廠近期所�(fā)表的LED�(chǎn)品功率和尺寸觀察得�,高功率、小尺寸的產(chǎn)品為目前LED�(chǎn)�(yè)的發(fā)展重�(diǎn),且均使用陶瓷散熱基板作為其LED晶粒散熱的途徑。因�,陶瓷散熱基板在高功�,小尺寸的LED�(chǎn)品結(jié)�(gòu)�,已成為相當(dāng)重要的一�(huán),以下表二即為國(guó)�(nèi)外主要之 LED�(chǎn)品發(fā)展近況與�(chǎn)品類(lèi)別作�(jiǎn)單的匯整�
要提升LED�(fā)光效率與使用壽命,解決LED�(chǎn)品散熱問(wèn)題即為現(xiàn)階段最重要的課題之一,LED�(chǎn)�(yè)的發(fā)展亦是以高功�、高亮度、小尺寸LED�(chǎn)品為其發(fā)� 重點(diǎn),因�,提供具有其高散熱性,精密尺寸的散熱基�,也成為未來(lái)在LED散熱基板�(fā)展的趨勢(shì)?,F(xiàn)階段以氮化鋁基板取代氧化鋁基�,或是以共晶或覆晶制� 取代打金線的晶粒/基板�(jié)合方式來(lái)�(dá)到提升LED�(fā)光效率為�(kāi)�(fā)主流。在此發(fā)展趨�(shì)�,對(duì)散熱基板本身的線路對(duì)位精確度要求極為�(yán)苛,且需具有高散熱�� 小尺�、金屬線路附著性佳等特色,因此,利用黃光微影制作薄膜陶瓷散熱基�,將成為促�(jìn)LED不斷往高功率提升的重要觸媒之一�
電子鋁基板的特點(diǎn)
a,采用表面貼裝技�(shù)(SMT);
b,在電路設(shè)�(jì)方案中對(duì)熱擴(kuò)散�(jìn)行極為有效的處理�
c,降低�(chǎn)品運(yùn)行溫�,提高產(chǎn)品功率密度和可靠�,延�(zhǎng)�(chǎn)品使用壽��
d,縮小�(chǎn)品體�,降低硬件及裝配成本�
e,取代易碎的陶瓷基�,獲得更好的�(jī)械耐久��
電子鋁基板用�
用途:功率混合IC(HIC��
1.音頻�(shè)備:輸入、輸出放大器、平衡放大器、音頻放大器、前置放大器、功率放大器��
2.電源�(shè)備:�(kāi)�(guān)�(diào)節(jié)器`DC/AC�(zhuǎn)換器`SW�(diào)整器等�
3.通訊電子�(shè)備:高頻增幅器`濾波電器`�(fā)�(bào)電路�
4.辦公自動(dòng)化設(shè)備:電動(dòng)�(jī)�(qū)�(dòng)器等�
5.汽車(chē):電子調(diào)節(jié)器`�(diǎn)火器`電源控制器等�
6.�(jì)算機(jī):CPU板`軟盤(pán)�(qū)�(dòng)器`電源裝置��
7.功率模塊:換流器`固體繼電器`整流電橋等�
8、燈具燈飾:隨著節(jié)能燈的提倡推�,各種節(jié)能絢麗的LED燈大受市�(chǎng)歡迎,而應(yīng)用于LED燈的鋁基板也�(kāi)始大�(guī)模應(yīng)用�