大功率LED封装界面材料的热分析.pdf

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1、第第77卷，第卷第66期期电子与封装电子与封装总第50期Vol.7，No.6ELECTRONICS&PACKAGING2007年6月封装、组装与测试大功率LED封装界面材料的热分析*齐昆，陈旭（天津大学化工学院，天津300072）摘　要：基于简单的大功率LED器件的封装结构，利用ANSYS有限元分析软件进行了热分析，比较了四种不同界面材料LED封装结构的温度场分布。同时对纳米银焊膏低温烧结和Sn63Pb37连接时的热应力分布进行了对比，得出纳米银焊膏低温烧结粘接有着更好的热机械性能。关键词：大功率LED；界

2、面材料；热分析；热应力；纳米银焊膏低温烧结中图分类号：TN305.94　　　文献标识码：A　　　文章编号：1681-1070（2007）06-0008-05ThermalAnalysisofInterfaceMaterialsinHigh-powerLight-emittingDiodePackagesQIKun,CHENXu（SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity,Tianjin300072,China）Abstract:Bas

3、edonasimple-structurepackage,thermalanalysiswithANSYSsoftwareforhigh-powerLEDwaspresented.Temperaturefieldsofdifferentinterfacematerialswerecompared.Comparedwiththermalstressesfieldsoflow-temperaturenanosilversinteredpasteandSn63Pb37interfacematerials.Ther

4、esultshowedthatthenovellow-temperaturenanosilversinteringtechnologyhadbetterthermomechanicalproperties.Keywords:high-powerLED;interfacematerials;thermalanalysis;thermalstress;low-temperaturenanosilversintering低。同时，在工作过程中由于芯片的重复发热，功1引言率模块会不断经历热循环载荷的作用，由于不同材

5、料的热膨胀系数（CTE）不匹配，会产生层间热应力，发随着超大规模集成电路的发展和电子组装密度的生翘曲、裂纹，甚至产生失效和破坏，这也是导致功率不断提高，单位体积的发热量越来越高。器件的失效往模块最终失效的一个主要原因。因此，由于温度升高而往与其工作温度密切相关。有资料表明，器件的工作温产生的各种热效应会严重影响到LED器件的使用寿命度每升高10℃，其失效率增加1倍[1]。现今，随着和可靠性，对基本结构进行热和热应力的分析和估算就芯片技术的日益成熟，单个LED芯片的输入功率可以进变得异常关键。一步提高到5W，

6、甚至更高，所以防止LED的热量累目前已出现了多种新型的芯片封装连接技术，它积变得越来越重要。若不能有效地耗散这些热量，随之们从高可靠性、高导电率和良好的热传导性能等诸多而来的热效应将会变得非常明显，致使结温升高，直接方面体现出了强大的优势[2]。在功率电子封装中，新减少芯片出射的光子，降低取光效率。温度的升高也会出现的纳米银焊膏低温烧结连接技术[3,4]就是一个典型使芯片的发射光谱发生红移，使色温质量下降，尤其是的代表，它相比于以往的连接形式（如引线键合等）对基于蓝光LED激发黄色荧光粉的白光LED器件更为

7、和连接材料（钎焊等），在结构上更简单，在导电、严重，其中荧光粉的转换效率也会随着温度升高而降导热等方面显示出更好的性能。本文运用ANSYS有限收稿日期：2006-12-28*基金项目：国家杰出青年基金-海外青年学者合作基金（50528506）及高等学校学科创新引智计划资助（B06006）-8-第7卷第6期齐　昆，陈　旭：大功率LED封装界面材料的热分析元分析软件，主要针对芯片-粘接材料-基板这一基本20℃（初始温度为20℃）。在有限元分析中，将大结构，对几种不同界面材料下的热传导效果进行对比与小为2.5×1

8、09W·m-3的生热率载荷施加于芯片实体上分析，同时以其中两种界面材料为例从热应力分布方面（相当于芯片热耗散功率5W）；同时在铜片基板下表比较了不同界面材料热机械性能的优劣。面施加空气对流系数2000W（m2·K）-1[7（模拟基板]下面安装散热片后达到的散热效果），铜片基板四个侧面对流系数为10W（m2·K）-1。考虑到实际工作情2结构与模型况，忽略其他面的空气对流。将室温下（20℃）芯片在实际的封装中，基板的