胤旭機(jī)電網(wǎng)最新報(bào)道 >> 高功率LED散熱基板發(fā)展趨勢(shì)分析 : 由于LED技術(shù)的進(jìn)步,LED應(yīng)用亦日漸多元化,由早期的電源指示燈,進(jìn)展至具有省電、壽命長(zhǎng)、可視度高等優(yōu)點(diǎn)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(shù)的進(jìn)步,LED應(yīng)用亦日漸多元化,由早期的電源指示燈,進(jìn)展至具有省電、壽命長(zhǎng)、可視度高等優(yōu)點(diǎn)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(shí)排出至外界,那么將會(huì)使LED晶粒界面溫度過(guò)高而影響發(fā)光效率及發(fā)光壽命。
LED發(fā)展散熱是關(guān)鍵
隨著LED材料及封裝技術(shù)的不斷演進(jìn),促使LED產(chǎn)品亮度不斷提高,LED的應(yīng)用越來(lái)越廣,并為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)提供一個(gè)穩(wěn)定成長(zhǎng)的市場(chǎng)版圖。以LED作為顯示器的背光源,更是近來(lái)熱門(mén)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(shì)。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(shì),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(wèn)題不大,因此其封裝方式相對(duì)簡(jiǎn)單。但近年隨著LED材料技術(shù)的不斷突破,LED的封裝技術(shù)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(jìn)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(dá)1W以上,甚至到3W、5W。
封裝方式更進(jìn)化
由于高亮度高功率LED系統(tǒng)所衍生的熱問(wèn)題將是影響產(chǎn)品功能優(yōu)劣關(guān)鍵,要將LED組件的發(fā)熱量迅速排出至周遭環(huán)境,首先必須從封裝層級(jí)(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,這也是目前市面上最常見(jiàn)的LED封裝模塊,主要來(lái)源有Lumileds、OSRAM、Cree和Nicha等LED國(guó)際知名廠商。
這些LED模塊在實(shí)際應(yīng)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(duì)于許多終端的應(yīng)用產(chǎn)品,如迷你型投影機(jī)、車用及照明用燈源,在特定面積下所需的流明量需超過(guò)上千流明或上萬(wàn)流明,單靠單晶粒封裝模塊顯然不足以應(yīng)付,走向多芯片LED封裝,及芯片直接黏著基板已是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
在LED實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用上,不論用于顯示器背光源、指示燈或一般照明,通常會(huì)視需要將多個(gè)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(lái)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(qiáng)度及散熱需求。
需顧慮材料成本
傳統(tǒng)LED功率不大,散熱問(wèn)題不嚴(yán)重,只要運(yùn)用一般電子用的銅箔印刷電路板即足以應(yīng)付,但隨著高功率LED越來(lái)越盛行,此板已不足以應(yīng)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(dǎo)線接合在電路層上。同時(shí)為避免因介電層的導(dǎo)熱性不佳而增加熱阻抗,有時(shí)會(huì)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(yīng)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(wèn)題,以避免熱應(yīng)力引起的熱變形及可靠度問(wèn)題,因此目前國(guó)內(nèi)外也在發(fā)展陶瓷基板及金屬?gòu)?fù)合基板等。這些新開(kāi)發(fā)的基板材料不但具有良好的散熱性,同時(shí)熱膨脹系數(shù)(介于4~8ppm/K)與LED芯片均相匹配,唯一的缺點(diǎn)是價(jià)格均比一般的金屬基板貴。
聚焦無(wú)風(fēng)扇散熱
其實(shí),LED的散熱組件與CPU散熱相似,都是由散熱片、熱管、風(fēng)扇及熱界面材料所組成的氣冷模塊為主,當(dāng)然水冷也是熱對(duì)策之一。
以當(dāng)前最熱門(mén)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(lái)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(jìn)行冷卻,但有高單價(jià)及可靠度等疑慮;也有用熱管配合散熱片及風(fēng)扇來(lái)進(jìn)行冷卻(如SONY46”LEDTV),但風(fēng)扇耗電及噪音等問(wèn)題。因此,如何設(shè)計(jì)無(wú)風(fēng)扇的散熱方式便是決定未來(lái)誰(shuí)能勝出的重要關(guān)鍵。
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