[精品]LED散热新趋势─LED矽基板封装导热

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1、LED散热新趋势一LED矽基板封装导热以矽基材料做为LED封装基板技术，近几年逐渐从半导体业界被引进到LED业界，而LED基板采用矽材料最大优势便是其优异的导热能力。因应LED照明市场需求而发展的功率型LED封装，使用电流不断增加，由150mA、350mA,到现在700mA甚至1A,使用在1平方毫米的LED晶片上，由于电流在LED晶片上转换成光的效率只有30%,有70%电流会转成热，如果没有良好导热方法将热传导出LED晶片，LED晶片便会烧损，造成快速光衰。解决LED封装热导，必须从结构上采低热阻设计，同时在尺寸方面具备有轻巧的功能，以符合现代灯具需求。为因应LED封装需求，传统LE

2、D封装必须有革命性的改变。近年来发展出了1种最具代表性的封装（如图1所示）,LED产生的热可由基板直接导出，同时具备有轻小的功能。LEDSiAI.O3Thermalcondcutivity(\7mK)14018Thermalresistance(K/W)0.665.2热阻计算的理论公式为Rth=T/KA,其中各参数的定义如下：Rth：热阻，单位是K/W,也就是每瓦(W)电流通入LED晶片时，所产生的温度值；T：导热基板的厚度(um):K:导热基板的导热系数(W/mK)；A：导热面积(mmxmm)©所以，根据热阻计算理论公式，在固定基板厚度及导热面积下，如何选择可以具有高导热系数，同

3、时又可量产的基板材料，是解决LED导热的关键。以目前工业技术或量产成熟度来看，由于氧化铝(A12O3)及矽(Si)二者已同时大量应用在电子元件基板，会成为业界最佳LED基板材料的选择。氧化铝目前被大量应用在电阻、电容、混膜电路、汽车电子以及高频元件电路板使用，而矽则应用在半导体元件制造；将氧化铝应用在LED封装是因为氧化铝材料高绝缘性及可制作轻小元件，然而，因为氧化铝材料低导热系数，在氧化铝基板厚度是400um时，所造成的热阻是5.2K/W,当大电流（700mA）通入在LED晶片上，瞬间温升为13°C,将无法把热立即传导出LED晶片，这时LED晶片会产生快速光衰，因此，热阻偏高是使用

4、氧化铝做为LED基板的难题。矽材料也被大量应用在半导体制程及相关封装，使用矽制造相关设备及材料已经非常熟，因此，若将矽制作成LED封装的基板可以容易大量生产，同时矽具有高信赖度及低热导系数（140W/mK）,当应用在LED封装时，以理论值计算，矽基板所造成的热阻只有0.66K/W,是氧化铝基板5.2K/W的0.13倍，如果以LED元件每减少1K/W热阻则使用寿命则增长1,000小时计算，使用矽基板会比使用氧化铝基板增加4,600小时使用寿命。以矽为导热基板的LED封装，目前已实际应用于照明光源设计方面，以采飪科技矽材料为导热基板的LED封装产品为例，在3.37平方毫米的小尺寸面积内，

5、以矽材料为导热基板进行封装,具快速导热性能，可大幅解决因使用氧化铝造成的高热阻问题。图2理论公式及实际量测的热阻值。ChipsubstrateSilverglueSiSubstrateTheoryActualmeasureThermalconductivity(W/mK)Thickness(um)Area(mm2)Rt(K/W)Rt(K/W)GaN1301010.080・50Chipsubstrate60*15012.502.60IISilverglue172511.471.30IISisubstrate1404004.30.660.60total4.715.00I将此LED封装产品

6、以精密量测热阻设备(T3Ster)进行实际量测，可以清楚看到每层结构的热阻值(如图2所示)。由图2的分析可以得知，LED的GaN及晶片基板造成热阻分别是0.5K/W及2.6K/W,做为LED晶片固晶材料的银层所造成的热阻为1.3K/W,而矽基板所造成的热阻为0.6K/W。由理论公式及实际量测值来看，二者结果是非常接近的，所以使用矽基板为导热材料应用在LED封装是较佳选择，因为矽基板可成熟量产及解决LED封装的导热难题。