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《一种高功率LED封装的热分析(华中科大-马泽涛-论文)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、SEMICONDUCTOROPTOELECTRONICSVol.27No.1Feb.2006光电器件一种高功率LED封装的热分析112马泽涛,朱大庆,王晓军(华中科技大学1.激光技术国家重点实验室;2.微系统中心,湖北武汉430074)摘要:建立了大功率发光二极管(LED)器件的一种封装结构并利用有限元分析软件对其进行了热分析,比较了采用不同材料作为LED芯片热沉的散热性能。最后分析了LED芯片采用chip2on2board技术封装在新型高热导率复合材料散热板上的散热性能。关键词:高功率LED;芯片热沉;热管理
2、;chip2on2board中图分类号:TN312.8文献标识码:A文章编号:1001-5868(2006)01-0016-04ThermalAnalysisofHigh2powerLight2emittingDiodePackages112MAZe2tao,ZHUDa2qing,WANGXiao2jun(1.NationalLaboratoryofLaserTechnology;2.InstituteofMicrosystems,HuazhongUniversityofScienceandTechnology
3、,Wuhan430074,CHN)Abstract:AnovelpackageandthermalanalysisbasedonFEAsoftwareforhighpowerLEDwerepresented.Heatdissipationofdifferentdieheat2sinkmaterialswascompared.Later,theheatperformanceofLEDpackageutilizingchip2on2boardtechnologyonanovelcompositematerialsw
4、ithhighthermoconductivitywasstudied.Keywords:high2powerLED;heatsink;thermalmanagement;chip2on2board1引言镜,以及芯片热沉等各个环节,散热问题都必须很好地重视。大多数塑料和环氧树脂暴露在紫外辐射下目前,比较成熟的商品化功率型发光二极管都会变黄老化,这种老化随着封装结构温度的增加(LED)输入功率一般为1W,芯片面积1mm×1会越来越严重,且不可逆转。为了最大限度地减少2mm,其热流密度达到了100W/cm。随着芯片
5、技LED封装树脂的老化效应,封装中多余热量应避免术的日益成熟,单个LED芯片的输入功率可以进一从取光途径散出,为此应通过设计低热阻LED封装步提高到5W甚至更高,因此防止LED的热量累结构将其芯片产生的大部分热量通过芯片热沉消散积变得越来越重要。如果不能有效地耗散这些热到外界环境。其突破点就是芯片热沉的结构、尺寸、量,随之而来的热效应将会变得非常明显:结温升和材料。高,直接减少芯片出射的光子,取光效率降低;温度近年来,关于大功率LED封装的热问题,国际的升高会使得芯片的发射光谱发生红移,色温质量[1]上已有很多
6、相关报道,2001年,M.Arik等论述了下降,尤其是对基于蓝光LED激发黄色荧光粉的白关于大功率LED器件级和系统级封装过程中的热光LED器件更为严重,其中荧光粉的转换效率也会问题,着重比较了采用不同芯片材料以及键合技术随着温度升高而降低。因此由于温度升高而产生的对LED散热性能的影响;在2003年,建立并分析白各种热效应会严重影响到LED器件的使用寿命和[2]光LED中荧光粉颗粒的热模型,并于2004年通可靠性。过有限元分析和实验得到关于LED芯片级封装过在封装过程中,LED芯片、金线、封装树脂、透[3,4
7、]程中的一些关键性热问题。收稿日期:2005-05-10.本文主要针对目前大功率LED器件散热问题·16·《半导体光电》2006年2月第27卷第1期马泽涛等:一种高功率LED封装的热分析设计出一种有效的封装结构,分析了其等效热阻网络,并建立了基于热传导和对流的有限元数值模型;着重分析该芯片热沉结构的散热性能,比较芯片热沉所采用的材料对整个LED封装结构散热性能的影响。最后还给出了chip2on2board封装技术的有限元分析结果。2大功率LED器件建模图2LED系统的等效热阻网络图LED芯片结的耗散功率为PD,
8、通过芯片热沉、LED封装最关心的是芯片的结温Tj,由热阻的封装树脂和金线引线框架电极的热传导以及与外界计算公式Rja=(Tj-Ta)/PD,可以得到结温的表达环境的对流作用,散发到外界环境中,其中芯片热沉式:Tj=PD×Rja+Ta,即热阻越小,在同样大小Ta的传导散热起着决定性作用。这里“结”是指半导体和耗散功率PD下,芯片结温升温越小;或者说在达芯片内部的“p2n”结,是芯片产生光
