高功率LED散热分析

《高功率LED散热分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、高功率LED散热分析长久以来，显示应用一直是LED的主要诉求，对于LED的散热性要求不甚高的情况下，LED多利用传统树脂基板进行封装。2000年以后，随LED高辉度化与高效率化技术发展，再加上蓝光LED发光效率大幅改善，与LED制造成本持续下滑，让LED应用范围、及有意愿采用LED的产业范围不断扩增，包括液晶、家屯、汽车等业者，也开始积极考虑应用LED的可能性，例如消费性产品业者对于高功率LED的期待是，能达到省电、高辉度、长使用寿命、高色再现性，这代表着达到高散热性能力，是高功率LED封装基板不可欠缺的条件。此外，液晶面板业者面临欧盟RoHS规范，需正视将冷阴极灯管全

2、面无水银化的环保压力，造成市场对于高功率LED的需求更加急迫。LED封装除了保护内部LED芯片外，还兼具LED芯片与外部作电气连接、散热等功能。环氧树脂特性已不符合高功率LED需求1个LED能达到几百流明，这基本上不是大问题，主耍的问题是，如何去处理散热？接下来在产生这么大的流明后，如何维持亮度的稳定与持续性，这又是另一个重要课题，若热处理没有做好的话,LED的亮度和寿命会下降很快，对于LED来说，如何做到有效的可靠度和热传导，是非常重要。以往LED是使用低热传导率树脂进行封装，不过这被视为是影响散热特性的原因之一，此外，环氧树脂耐热性比较差，可能会出现的情况是，在LE

3、D芯片本身的寿命未到达前，环氧树脂就已呈现变色情况，因此，提高散热性已是重要关键。除此Z外，不仅因为热现象会对环氧树脂产生变化，甚至短波长也会对环氧树脂造成问题，这是因为白光LED发光光谱中，也包含短波长光线，而环氧树脂却相当容易受口光LED中的短波长光线破坏，即使是低功率白光LED,已能使环氧树脂破坏现象加剧，更何况高功率白光LED所发出的短波长光线更多，恶化口然比低功率款式更加快速，甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命仅5,000小时,甚至更短！所以，与其不断克服因旧有封装材料「环氧树脂」带来的变色困扰，不如朝寻求新1代的封装材料努力。图说：环氧树脂耐热性比较差，在L

4、ED芯片本身的寿命到达前，环氧树脂就己出现变色。金属基板成新焦点因此最近几年逐渐改用高热传导陶瓷，或是金属树脂封装结构,就是为了解决散热、与强化原有特性做的努力。LED芯片高功率化常用方式是：芯片大型化、改善发光效率、采用高取光效率的封装、及大电流化。这类做法虽然电流发光量会呈比例增加，不过发热量也会随之上升。对高功率LED封装技术上而言，由于散热的问题造成了一定程度的困扰，在此背景下具有高成本效益的金属基板技术，就成了LED高效率化之后另1个备受关心的新发展。过去由于LED输岀功率较小，因此使用传统FR4等玻璃环氧树脂封装基板，并不会造成太大的散热问题，但应用于照明用

5、的高功率LED,其发光效率约为20%~30%左右，虽芯片面积相当小，整体消费电力也不高，不过单位面积的发热量却很大。一般来说，树脂基板的散热，只能够支持0.5W以下的LED,超过0.5W以上的LED,多改用金属或陶瓷高散热基板进行封装，主要原因是，基板的散热性直接影响LED寿命与性能，因此封装基板成为设计高辉度LED商品的开发重点。图说：LED芯片大多利用芯片大型化、改善发光效率、采高取光效率封装，及大电流化达高亮度目标。高功率加速金属基板取代树脂材料关于LED封装基板散热设计，目前大致可以分成，LED芯片至封装体的热传导、及封装体至外部的热传达两大部分。使用高热传导材

6、吋，封装内部的温差会变小，此吋热流不会呈局部性集中，LED芯片整体产生的热流，呈放射状流至封装内部各角落，所以利用高热传导材料，可提高内部的热扩散性。就热传导的改善来说，几乎是完全仰赖材料提升来解决问题。多数人均认为，随LED芯片大型化、大电流化、高功率化发展，会加速金属封装取代传统树脂封装方式。就目前金属高散热基板材料而言，可分成硬质与可挠曲两种基板,结构上，硬质基板属于传统金属材料，金属LED封装基板采铝与铜等材料，绝缘层部分，大多采充填高热传导性无机填充物，拥有高热传导性、加工性、电磁波遮蔽性、耐热冲击性等金属特性，厚度方面通常大于1mm,大多都广泛应用在LED灯

7、具模块，与照明模块等,技术上是与铝质基板具相同高热传导能力，在高散热要求下，相当有能力担任高功率LED封装材料。