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高功率LED散熱基板發(fā)展趨勢分析

發(fā)表時間:2019-05-07 瀏覽:240

胤旭機電 >> 高功率LED散熱基板發(fā)展趨勢分析 : 由于LED技術的進步,LED應用亦日漸多元化,由早期的電源指示燈,進展至具有省電、壽命長、可視度高等優(yōu)點之LED照明產(chǎn)品。然而由于高功率LED輸入功率僅有15至20%轉(zhuǎn)換成光,其余80至


由于LED技術的進步,LED應用亦日漸多元化,由早期的電源指示燈,進展至具有省電、壽命長、可視度高等優(yōu)點之LED照明產(chǎn)品。然而由于高功率LED輸入功率僅有15至20%轉(zhuǎn)換成光,其余80至85%則轉(zhuǎn)換成熱,若這些熱未適時排出至外界,那么將會使LED晶粒界面溫度過高而影響發(fā)光效率及發(fā)光壽命。
  
  LED發(fā)展散熱是關鍵
  
  隨著LED材料及封裝技術的不斷演進,促使LED產(chǎn)品亮度不斷提高,LED的應用越來越廣,并為LED產(chǎn)業(yè)提供一個穩(wěn)定成長的市場版圖。以LED作為顯示器的背光源,更是近來熱門的話題,從小尺寸顯示器背光源逐漸發(fā)展到中大尺寸LCDTV背光源,頗有逐步取代CCFL背光源的架勢。主要是LED在色彩、亮度、壽命、耗電度及環(huán)保訴求等均比傳統(tǒng)冷陰極管(CCFL)更具優(yōu)勢,因而吸引業(yè)者積極投入。
  
  早期單芯片LED的功率不高,發(fā)熱量有限,熱的問題不大,因此其封裝方式相對簡單。但近年隨著LED材料技術的不斷突破,LED的封裝技術也隨之改變,從早期單芯片的炮彈型封裝逐漸發(fā)展成扁平化、大面積式的多芯片封裝模塊;其工作電流由早期20mA左右的低功率LED,進展到目前的1/3至1A左右的高功率LED,單顆LED的輸入功率高達1W以上,甚至到3W、5W。
  
  封裝方式更進化
  
  由于高亮度高功率LED系統(tǒng)所衍生的熱問題將是影響產(chǎn)品功能優(yōu)劣關鍵,要將LED組件的發(fā)熱量迅速排出至周遭環(huán)境,首先必須從封裝層優(yōu)質(zhì)(L1&L2)的熱管理著手;目前的作法是將LED晶粒以焊料或?qū)岣嘟又谝痪鶡崞?,?jīng)由均熱片降低封裝模塊的熱阻抗,這也是目前市面上比較常見的LED封裝模塊,主要來源有Lumileds、OSRAM、Cree和Nicha等LED國際知名廠商。
  
  這些LED模塊在實際應用可組裝在一整排呈線光源,或作成數(shù)組排列或圓形排列,再接合在一片散熱基板上作為面光源。但對于許多終端的應用產(chǎn)品,如迷你型投影機、車用及照明用燈源,在特定面積下所需的流明量需超過上千流明或上萬流明,單靠單晶粒封裝模塊顯然不足以應付,走向多芯片LED封裝,及芯片直接黏著基板已是未來發(fā)展趨勢。
  
  在LED實際產(chǎn)品應用上,不論用于顯示器背光源、指示燈或一般照明,通常會視需要將多個LED組裝在一電路基板上。電路基板一方面扮演著承載LED模塊結(jié)構(gòu),另一方面,隨著LED輸出功率越來越高,基板還必須扮演散熱的角色,以將LED芯片產(chǎn)生的熱傳遞出去,在材料選擇上,因此必須兼顧結(jié)構(gòu)強度及散熱需求。
  
  需顧慮材料成本
  
  傳統(tǒng)LED功率不大,散熱問題不嚴重,只要運用一般電子用的銅箔印刷電路板即足以應付,但隨著高功率LED越來越盛行,此板已不足以應付散熱需求,因此需再將印刷電路板貼附在一金屬板上,即所謂的MetalCorePCB,以改善其傳熱路徑。
  
  另外也有一種做法直接在鋁基板表面直接作絕緣層或稱介電層,再在介電層表面作電路層,如此LED模塊即可直接將導線接合在電路層上。同時為避免因介電層的導熱性不佳而增加熱阻抗,有時會采取穿孔方式,以便讓LED模塊底端的均熱片直接接觸到金屬基板,即所謂芯片直接黏著。
  
  除了金屬基板外,為因應高功率LED封裝及芯片直接粘著基板的發(fā)展,基板材料的選用除考慮散熱性外,還必須考慮與芯片的熱膨脹系數(shù)相匹配問題,以避免熱應力引起的熱變形及可靠度問題,因此目前國內(nèi)外也在發(fā)展陶瓷基板及金屬復合基板等。這些新開發(fā)的基板材料不但具有良好的散熱性,同時熱膨脹系數(shù)(介于4~8ppm/K)與LED芯片均相匹配,優(yōu)質(zhì)的缺點是價格均比一般的金屬基板貴。
  
  聚焦無風扇散熱
  
  其實,LED的散熱組件與CPU散熱相似,都是由散熱片、熱管、風扇及熱界面材料所組成的氣冷模塊為主,當然水冷也是熱對策之一。
  
  以當前比較熱門的大尺寸LEDTV背光模塊而言,40英寸及46英寸的LED背光源輸入功率分別為470W及550W,以其中的80%轉(zhuǎn)成熱來看,所需的散熱量約在360W及440W左右。如何將這些熱量帶走,有用水冷方式進行冷卻,但有高單價及可靠度等疑慮;也有用熱管配合散熱片及風扇來進行冷卻(如SONY46”LEDTV),但風扇耗電及噪音等問題。因此,如何設計無風扇的散熱方式便是決定未來誰能勝出的重要關鍵。

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