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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(yáng)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?gòu)?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(yáng)能電池 組件、TP觸摸屏、RFID 射頻 識(shí)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(duì)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(yáng)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(zhǎng)久以來,顯示應(yīng)用一直是 LED 的主要訴求,對(duì)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(duì)于高功率 LED 的期待是,能達(dá)到省電、 高輝度、長(zhǎng)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(chǎng)對(duì) 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(shì)

　　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(huì)下降很快,對(duì)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(huì)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(huì)對(duì)環(huán)氧樹脂產(chǎn)生變化,甚至短波長(zhǎng)也會(huì)對(duì)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(zhǎng)光線,而環(huán)氧樹脂卻相當(dāng)容易受白光 LED 中的短波長(zhǎng)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(zhǎng)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。考慮到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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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。