LED散熱基板技術(shù)發(fā)展趨勢分析

1、前言

隨著全球環(huán)保的意識抬頭，節(jié)能省電已成為當(dāng)今的趨勢。LED產(chǎn)業(yè)是近年來最受矚目的產(chǎn)業(yè)之一。發(fā)展至今，LED產(chǎn)品已具有節(jié)能、省電、高效率、反應(yīng)時(shí)間快、壽命周期長、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(zhuǎn)換成光，剩下80%的電能均轉(zhuǎn)換為熱能。

一般而言，LED發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能若無法導(dǎo)出，將會使LED結(jié)面溫度過高，進(jìn)而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率、穩(wěn)定性，而LED結(jié)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)一步說明。

圖一為LED結(jié)面溫度與發(fā)光效率之關(guān)系圖，當(dāng)結(jié)面溫度由25℃上升至100℃時(shí)，其發(fā)光效率將會衰退20%到75%不等，其中又以黃色光衰退75%最為嚴(yán)重。此外，當(dāng)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(dāng)操作溫度由63℃升到74℃時(shí)，LED平均壽命將會減少3/4。因此，要提升LED的發(fā)光效率，LED系統(tǒng)的熱散管理與設(shè)計(jì)便成為了一重要課題，在了解LED散熱問題之前，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(jù)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：

散熱途徑說明：

1.從空氣中散熱

2.熱能直接由Systemcircuitboard導(dǎo)出

3.經(jīng)由金線將熱能導(dǎo)出

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

一般而言，LED晶粒(Die)以打金線、共晶或覆晶方式連結(jié)于其基板上(SubstrateofLEDDie)而形成一LED晶片(chip)，而后再將LED晶片固定于系統(tǒng)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(tǒng)電路板再到大氣環(huán)境。而散熱由系統(tǒng)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(tǒng)之設(shè)計(jì)。

然而，現(xiàn)階段的整個(gè)系統(tǒng)之散熱瓶頸，多數(shù)發(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導(dǎo)至其基板再到系統(tǒng)電路板為主。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?dāng)重要的參數(shù)。另一方面，LED所產(chǎn)生的熱亦會經(jīng)由電極金屬導(dǎo)線而至系統(tǒng)電路板，一般而言，利用金線方式做電極接合下，散熱受金屬線本身較細(xì)長之幾何形狀而受限(如圖三途徑3所示)；因此，近來即有共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)接合方式，此設(shè)計(jì)大幅減少導(dǎo)線長度，并大幅增加導(dǎo)線截面積，如此一來，藉由LED電極導(dǎo)線至系統(tǒng)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，可得知散熱基板材料的選擇與其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(dǎo)性，將熱源從LED晶粒導(dǎo)出。因此，我們從LED散熱途徑敘述中，可將LED散熱基板細(xì)分兩大類別，分別為(1)LED晶?；迮c(2)系統(tǒng)電路板，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(tǒng)電路板，而后由大氣環(huán)境吸收，以達(dá)到熱散之效果。