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高功率LED的封裝基板發(fā)展趨勢

作者: 時間:2011-09-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
的熱膨脹系數(shù)的陶瓷,可說是對熱歪斜對策非常有利的材料。

  加速陶汰樹脂材料

  封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁,氧化鋁的熱傳導(dǎo)率是環(huán)氧樹脂的55倍,氮化鋁則是環(huán)氧樹脂的400倍,因此目前封裝用基板大多使用熱傳導(dǎo)率為200W/mK的鋁,或是熱傳導(dǎo)率為400W/mK的銅質(zhì)金屬。

  半導(dǎo)體IC芯片的接合劑分別使用環(huán)氧系接合劑、玻璃、焊錫、金共晶合金等材料。芯片用接合劑除了上述高熱傳導(dǎo)性之外,基于接合時降低熱應(yīng)力等觀點,還要求低溫接合與低楊氏系數(shù)等等,而符合這些條件的接合劑分別是環(huán)氧系接合劑充填銀的環(huán)氧樹脂,與金共晶合金系的Au-20%Sn。

接合劑的包覆面積與LED芯片的面積幾乎相同,因此無法期待水平方向的熱擴散,只能寄望于垂直方向的高熱傳導(dǎo)性。根據(jù)模擬分析結(jié)果顯示LED接合部的溫差,熱傳導(dǎo)性非常優(yōu)秀的Au-Sn比低散熱性銀充填環(huán)氧樹脂接合劑更優(yōu)秀。

  LED的散熱設(shè)計,大致分成LED芯片至框體的熱傳導(dǎo)、框體至外部的熱傳達(dá)兩大方面。

  熱傳導(dǎo)的改善幾乎完全仰賴材料的進(jìn)化,一般認(rèn)為隨著LED芯片大型化、大電流化、化的發(fā)展,未來會加速金屬與陶瓷封裝取代傳統(tǒng)樹脂封裝方式,此外LED芯片接合部是妨害散熱的原因之一,因此薄接合技術(shù)成為今后改善的課題。

  提高LED高熱排放至外部的熱傳達(dá)特性,以往大多使用冷卻風(fēng)扇與熱交換器,由于噪音與設(shè)置空間等諸多限制,實際上包含消費者、照明燈具廠商在內(nèi),都不希望使用上述強制性散熱元件,這意味著非強制散熱設(shè)計必須大幅增加框體與外部接觸的面積,同時提高與框體的散熱性。

  具體對策如:高熱傳導(dǎo)銅層表面涂布利用遠(yuǎn)紅外線促進(jìn)熱放射的撓曲散熱薄膜等,根據(jù)實驗結(jié)果證實使用該撓曲散熱薄膜的發(fā)熱體散熱效果,幾乎與面積接近散熱薄膜的冷卻風(fēng)扇相同,如果將撓曲散熱薄膜黏貼在封裝基板、框體,或是將涂抹層直接涂布在封裝基板、框體,理論上還可以提高散熱性。

  有關(guān)高功率LED的封裝結(jié)構(gòu),要求能夠支持LED芯片磊晶接合的微細(xì)布線技術(shù);有關(guān)材質(zhì)的發(fā)展,雖然氮化鋁已經(jīng)高熱傳導(dǎo)化,但高熱傳導(dǎo)與反射率的互動關(guān)系卻成為另1個棘手問題,一般認(rèn)為未來若能提高氮化鋁的熱傳導(dǎo)率,對高功率LED的封裝材料具有正面助益。


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