当前大功率LED 封装散热技术研究情况解析

《当前大功率LED 封装散热技术研究情况解析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、当前大功率LED封装散热技术研究情况解析来源：LED照明论坛作者：浙江大学苏达王德苗3t5`,R1@t ~UX@%0%)N 摘要：如何提高大功率发光二极管(LitEmittingDiode，简称LED)的散热能力，是LED器件封装和器件应用设计要解决的核心问题。详细分析了国内外大功率LED散热封装技术的研究现状；总结了其发展趋势，并指出了减少内部热沉可能是今后的发展方向。%eB0)' 关键词：电力半导体器件；发光二极管；光电元件；散热；封装lfp[(Ph)9 1引言J^8(hR 　　发光二极管(LED)诞生至今．已

2、经实现了全彩化和高亮度化，并在蓝光LED和紫光LED的基础上开发了白光LED．它为人类照明史又带来了一次飞跃。与自炽灯和荧光灯相比，LED以其体积小，全固态，长寿命，环保，省电等一系列优点，已广泛用于汽车照明、装饰照明、手机闪光灯、大中尺寸，即NB和LCD．TV等显示屏光源模块中。已经成为2l世纪最具发展前景的高技术领域之一LED是一种注入电致发光器件．由Ⅲ～Ⅳ族化合物，如磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)等半导体制成在~I-DN电场作用下．电子与空穴的辐射复合而发生的电致作用将一部分能量转化为光能．即量子效应，而无辐射复

3、合产生的晶格振荡将其余的能量转化为热能。目前，高亮度白光LED在实验室中已经达到1001m／W的水平，501m／w的大功率白光LED也已进入商业化，单个LED器件也从起初的几毫瓦一跃达到了1．5kW。对大于1W级的大功率LED而言，目前的电光转换效率约为15％，剩余的85％转化为热能．而芯片尺寸仅为1mm×1mm～2．5mm~2．5mm．意即芯片的功率密度很大与传统的照明器件不同，白光LED的发光光谱中不包含红外部分．所以其热量不能依靠辐射释放。因此，如何提高散热能力是大功率LED实现产业化亟待解决的关键技术难题之一l】1。ht

4、X;"R& 2热效应对大功率LED的影响iZ%KHqG 　　对于单个LED而言．如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出．则会导致芯片的温度升高．引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明，当温度超过一定值时．器件的失效率将呈指数规律攀升．元件温度每上升2℃，可靠性将下降l0％l2】。为了保证器件的寿命，一般要求pn结的结温在110℃以下。随着pn结的温升．白光LED器件的发光波长将发生红移据统计资料表明．在100℃的温度下．波长可以红移4～9nm．从而导致YAG荧光粉吸收率下降，总的发光强度

5、会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升高l℃．LED的发光强度会相应减少l％左右．当器件从环境温度上升到l20℃时．亮度下降多达35％。当多个LED密集排列组成白光照明系统时．热量的耗散问题更严重。因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。gR}>q4b 3国内外的研究进展<0T5W#H`D 　　针对高功率LED的封装散热难题．国内外的器件设计者和制造者分别在结构、材料以及工艺等方面对器件的热系统进行了优化设计。例如。在封装结构上，采用大面积芯片倒装结构、金属线路板结构、导热槽结构、微流阵列结构等；在材料的选取

6、方面，选择合适的基板材料和粘贴材料，用硅树脂代替环氧树脂。(

7、+Sbq(o 　　3．1封装结构

8、b"h+ 　　为了解决高功率LED的封装散热难题，国际上开发了多种结构，主要有：&HBqweI 　　　(1)硅基倒装芯片(FCLED)结构G

9、iLeds公司研制出了A1GaInN功率型倒装芯片结构。图1示出芯片的正装结构和倒装结构对比LED芯片通过凸点倒装连接到硅基上。这样．大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底．而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传到金属底座，由于其有源发热区更接近于散热体．因此可降低内部热沉热阻[21。这种结构的热阻理论计算最低可达到1．34K／W．实际已作到6~8K／W，出光率也提高了60％左右。但是，热阻与热沉的厚度是成正比的．因此受硅片机械强度与导热性能所限。很难通过减薄硅片来进一步降低内部热沉的热阻，这就制约了其传热性能的进一

10、步提高。+c;/hMa5p 　　金属线路板结构利用铝等金属具有极佳的热传导性质．将芯片封装到覆有几毫米厚的铜电极的PCB板上，或者将芯片封装在金属夹芯的PCB板上．然后再封装到散热片上，以解决LED因功率增大所带