淺析BQ-6886系列大功率LED導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠

LED封裝 是一個(gè)涉及到多學(xué)科(如光學(xué) 、熱學(xué)、機(jī)械、電學(xué)、力學(xué)、材料、半導(dǎo)體 等)的研究課題。從某種角度而言,LED封裝不僅是一門制造技術(shù),而且也是一門基礎(chǔ)科學(xué),良好的封裝需要對熱學(xué)、光學(xué)、材料和工藝力學(xué)等物理本質(zhì)的理解和應(yīng)用。Uninwell International BQ-6886系列導(dǎo)電銀膠是IED生產(chǎn)封裝中不可或缺的一種膠水,其對導(dǎo)電銀膠的要求是導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能要好,剪切強(qiáng)度要大,并且粘結(jié)力要強(qiáng)。以下簡單分析下Uninwell International BQ-6886系列大功率LED 導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠。

　　Uninwell International作為世界高端電子膠粘劑的領(lǐng)導(dǎo)品牌,公司以“您身邊的高端電子粘結(jié)防護(hù)專家”為服務(wù)宗旨。Uninwell International開發(fā)的導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電銀漿、鈀銀漿料、導(dǎo)電金膠、鉑金導(dǎo)電膠、鈀鉑銀漿、導(dǎo)電銅漿、導(dǎo)電鋁漿、導(dǎo)電鎳漿、導(dǎo)電碳漿、太陽能 導(dǎo)電漿料、濺射靶材、無鉛錫膏、異方性導(dǎo)電膠、Tuff y膠、UV膠、光刻膠、導(dǎo)電導(dǎo)熱相變材料、底部填充膠、貼片紅膠等系列電子膠粘劑具有很高的性價(jià)比,公司在全球擁有145家世界五百強(qiáng)客戶。Uninwell International是全球?qū)щ娿y漿產(chǎn)品線最齊全的企業(yè),產(chǎn)品涵蓋常溫固化、低溫固化、中溫固化、高溫固化、UV固化、光刻、低溫?zé)Y(jié)、中溫?zé)Y(jié)、高溫?zé)Y(jié)等固化方式。

　　導(dǎo)電銀膠廣泛應(yīng)用于：PV 太陽能電池 組件、TP觸摸屏、RFID 射頻 識別電子標(biāo)簽、汽車電子 、電子紙 、LED 、TR、IC 、PCB 、FPC、CSP、FC、VFD、ITO、EL冷光片、CMOS 模組、LCM模組、PFD平板顯示 器、LCD 液晶 顯示 、PDP等離子 顯示、OLED 有機(jī)電致發(fā)光顯示 、薄膜開關(guān) 、鍵盤、傳感器 、光電 器件、通訊電子、微波通訊、醫(yī)療電子 、無源器件、厚膜電路、壓電晶體、集成電路 等領(lǐng)域。公司的BQ-6886系列導(dǎo)電銀漿是一款高導(dǎo)熱型;適用于發(fā)光二極管(LED),大功率 高亮度LED 及其他發(fā)光器件 粘結(jié)的高端電子膠粘劑。

　　Uninwell 作為全球?qū)щ妼?dǎo)熱的領(lǐng)導(dǎo)廠商,對導(dǎo)電和導(dǎo)熱有很深刻的把握,基于總體導(dǎo)熱和導(dǎo)電的理念, 集合公司應(yīng)用于其他行業(yè),如(CPV 聚光太陽能 電池)的導(dǎo)熱散熱設(shè)計(jì)材料,提出用于大功率 LED 散熱和導(dǎo)熱總體解決方案。Uninwell 大功率 LED 散熱和導(dǎo)熱材料主要涉及以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

　　1、 晶片 PN 結(jié)到外延層;

　　2、 外延層到封裝基板;

　　3、 封裝基板到外部冷卻裝置再到空氣。

　　一、大功率 LED 用高導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠解決晶片 PN 結(jié)到外延層散熱問題

　　Uninwell International BQ-6886 系列大功率 LED 導(dǎo)電銀膠高導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠具有導(dǎo)電性好、剪切力強(qiáng)、 流變性也很好、并且吸潮性低。特別適合大功率高亮度 LED 的封裝。此高導(dǎo)熱銀膠導(dǎo)熱系數(shù)為：25.8 剪 切強(qiáng)度為：14.7,為行業(yè)之最。

　　長久以來,顯示應(yīng)用一直是 LED 的主要訴求,對于 LED 的散熱性要求不甚高的情況下,LED 多利用傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂基板進(jìn)行封裝。2000 年以后,隨LED 高輝度化與高效率化技術(shù)發(fā)展,再加上藍(lán)光 LED 發(fā)光效 率大幅改善,與LED 制造 成本持續(xù)下滑,讓 LED 應(yīng)用范圍、及有意愿采用 LED 的產(chǎn)業(yè)范圍不斷擴(kuò)增,包括液晶、家電 、汽車等業(yè) 者,也開始積極考慮應(yīng)用 LED 的可能性,例如消費(fèi)性產(chǎn)品業(yè)者對于高功率 LED 的期待是,能達(dá)到省電、 高輝度、長使用壽命、高色再現(xiàn)性,這代表著達(dá)到高散熱性能力,是高功率 LED 封裝基板不可欠缺的條件 。此外,液晶面板 業(yè)者面臨歐盟 RoHS 規(guī)范,需正視將冷陰極燈管全面無水銀化的環(huán)保壓力,造成市場對 于大功率 LED 的需求更加急迫。LED 封裝除了保護(hù)內(nèi)部 LED 芯片外,還兼具 LED 芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。

　　二 高導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠 BQ-6886 成為大功率 LED 固晶散熱新趨勢

　　現(xiàn)在單顆 LED 達(dá)到上百流明 ,這已經(jīng)不是什么大問題了,主要的問題是,如何去處理散熱?接下來在產(chǎn)生這么大的流明后,如何維持亮度的穩(wěn)定與持續(xù)性,這又是另一個(gè)重要課題,若熱處理沒有做好的話,LED 的亮 度和壽命會下降很快,對于 LED 來說,如何做到有效的可靠度和熱傳導(dǎo),是非常重要。

　　以往 LED 是使用低熱傳導(dǎo)率樹脂進(jìn)行封裝,不過這被視為是影響散熱特性的原因之一,此外,環(huán)氧樹脂 耐熱性比較差,可能會出現(xiàn)的情況是,在 LED 芯片本身的壽命未到達(dá)前,環(huán)氧樹脂就已呈現(xiàn)變色情況,因 此,提高散熱性已是重要關(guān)鍵。除此之外,不僅因?yàn)闊岈F(xiàn)象會對環(huán)氧樹脂產(chǎn)生變化,甚至短波長也會對環(huán)氧樹脂造成問題,這是因?yàn)榘?光 LED 發(fā)光光譜中,也包含短波長光線,而環(huán)氧樹脂卻相當(dāng)容易受白光 LED 中的短波長光線破壞,即使 是低功率白光 LED,已能使環(huán)氧樹脂破壞現(xiàn)象加劇,更何況高功率白光 LED 所發(fā)出的短波長光線更多,惡 化自然比低功率款式更加快速,甚至有些產(chǎn)品在連續(xù)點(diǎn)亮后的使用壽命僅 5,000 小時(shí),甚至更短!所以,與其不斷克服因舊有封裝材料帶來的變色困擾,不如朝尋求新 1 代的封裝材料努力。

　　Uninwell International 研制的 BQ-6886 系列大功率 LED 銀膠是中等粘度、高粘接強(qiáng)度的高導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠。適用于發(fā)光二極管(LED)、尤其是大功率型 LED封裝?？紤]到LED 芯片至封裝體的熱傳導(dǎo),可以采用膠體來把熱量傳導(dǎo)出去的方式,對于 GaAs、SiC 導(dǎo)電襯底,具有背面電極 的紅光、黃光、黃綠芯片,就可以采用高導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠 BQ-6886 系列。

　　大功率LED封裝涉及光、熱、電、結(jié)構(gòu)與工藝等很多方面,這些因素彼此既相互獨(dú)立,又相互影響,以上提到的兩點(diǎn)只是部分,最后封裝完成的產(chǎn)品質(zhì)量主要還是得看產(chǎn)品整體的匹配度。良好的封裝需要對熱學(xué)、光學(xué)、材料和工藝力學(xué)等物理本質(zhì)的理解和應(yīng)用。LED封裝設(shè)計(jì)應(yīng)與芯片設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行,并且需要對光、熱、電、結(jié)構(gòu)等性能統(tǒng)一考慮。在封裝過程中,雖然材料(散熱基板、熒光粉、灌封膠)選擇很重要,但封裝結(jié)構(gòu)(如熱學(xué)界面、光學(xué)界面)對LED光效和可靠性影響也很大,大功率白光LED 封裝更是需要采用一些新材料,新工藝,新思路。對于LED燈具 而言,更是需要將光源、散熱、供電和燈具等集成考慮。

　　下面簡單介紹下Uninwell International 的整體散熱方案

　　1、LED 芯片至封裝體的熱傳導(dǎo)：采用膠體來把熱量傳導(dǎo)出去,對于 GaAs、SiC 導(dǎo)電襯底,具有背面 電極的紅光、黃光、黃綠芯片,可以采用高導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠： BQ-6886 系列,對于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、 綠光 LED 芯片,采用導(dǎo)熱絕緣膠 FS-1100 來固定芯片。

　　2、封裝體至外部的熱傳導(dǎo)：采用陶瓷或者金屬高散熱基板材料來把熱量傳導(dǎo)至外部。Uninwell 導(dǎo)熱層采用金屬 LED 封裝基板采鋁或者銅等高導(dǎo)熱材料,絕緣層采用公司獨(dú)有的高導(dǎo)熱絕緣漿料,此系列導(dǎo)熱絕 緣材料擁有高熱傳導(dǎo)性、加工性、電磁波遮蔽性、耐熱沖擊性等金屬特性,厚度方面通常大于1mm,廣泛 應(yīng)用在 LED 燈具模塊,與照明模塊等。

　　3、高導(dǎo)熱可撓曲基板：Uninwell 采取的工藝是在絕緣層黏貼金屬箔,雖然基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)撓曲基板完 全相同,不過在絕緣層方面,是采用公司獨(dú)有的軟質(zhì)可擾樹脂充填高熱傳導(dǎo)性無機(jī)填充物,因此具有 20W/m K 的高熱傳導(dǎo)性,同時(shí)還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導(dǎo)特性與高可靠性,此外可撓曲基板還可以依照客戶 需求,可將單面單層板設(shè)計(jì)成單面雙層、雙面雙層結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,客戶使用 Uninwell 高熱傳導(dǎo)撓曲基板時(shí),LED 的溫度大約降低攝氏 100 度,這代表著溫度造成 LED 使用壽命降低的問題,將可因變更基板設(shè)計(jì)而大幅改善。

　　當(dāng)然,僅僅依賴封裝基板,往往無法滿足實(shí)際需求,因此基板外圍材料的配合也變得更加重要,例如可以配合 3W/m K 的 Uninwell 導(dǎo)熱導(dǎo)電相變材料 BQ-9111 和 Uninwell 導(dǎo)熱絕緣相變材料 BQ-9666,就能夠更加有效再提高其散熱性。

　　總之,Uninwell 最近提出的 LED 散熱解決方案,是以總體散熱和熱阻的觀念為基礎(chǔ),熱阻要低不僅僅 是要用對導(dǎo)熱膠,還要改善導(dǎo)熱膠所接合的各種介質(zhì)的介面熱阻：例如磊晶與基板,基板與散熱模組。如 果在磊晶黏著時(shí),就以高導(dǎo)熱導(dǎo)電銀膠 BQ-6886 系列來固晶,電路板與導(dǎo)熱基板間也采用高導(dǎo)熱絕緣漿料 FS-2800,再與 Uninwell 獨(dú)有的散熱基板 FS-3800 系列黏合,就能徹底降低總體熱阻,讓 LED 效率更為的有效發(fā)揮。