探析光因led散热基板及技术发展趋势.doc

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1、探析光因LED散热基板及技术发展趋势随着全球环保的意识抬头，节能省电已成为当今的趋势。LED产业是近年来最受嘱目的产业Z一。发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、且不含汞，具冇环保效益;等优点。然而通常LED高功率产品输入功率约为20%能转换成光，剩下80%的电能均转换为热能。一般而言，光因LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性，而LED结面温度、发光效率及寿命2间的关系，以下将利用关系图作进一步说明。1、LED散热

2、途径依据不同的封装技术，其散热方法亦有所不同，而LED备种散热途径方法约略可以卞示意之：散热途径说明：⑴•从空气中散热(2).热能冇•接由Systemcircuitboard导出(3).经由金线将热能导出(4).若为共晶及Ripchip制程，热能将经由通孔至系统电路板而导出一般而言，光因LED晶粒(Die)以打金线、共晶或覆晶方式连结于其基板上(SubstrateofLEDDie)而形成一LED晶片(chip),而示再将LED晶片I古I定于系统的电路板上(Systemcircuitboard)。因此，LED可

3、能的散热途径为肓接从空气屮散热，或经由LED晶粒基板至系统电路板再到大气环境。而散热由系统电路板至大气环境的速率取决于整个发光灯具或系统Z设计。然而，现阶段的整个系统Z散热瓶颈，多数发左在将热最从LED晶粒传导至貝基板再到系统电路板为主。此部分的可能散热途径：H—为育接藉由晶粒慕板散热至系统电路板，在此散热途径里，其LED晶粒基板材料的热散能力即为相当重要的参数。另一方面，LED所产生的热亦会经由电极金屈导线而至系统电路板，一般而言，利用金线方式做电极接合下，散热受金属线本身较细长Z几何形状而受限;因此，近来

4、即有共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)接合方式，此设计大幅减少导线长度，并大幅增加导线截面积，如此一来，藉［tlLED电极导线至系统电路板Z散热效率将有效提升。经由以上散热途径解释，可得知散热基板材料的选择与其LED晶粒的封装方式于LED热散管理上占了极重要的一环，后段将针对LED散热基板做概略说明。2、光因LED散热基板LED散热基板主要是利川其散热基板材料木身具冇较佳的热传导性，将热源从LED晶粒导出。因此，我们从LED散热途径叙述屮，可将LED散热基板细分两大类别，分别为LED晶粒基板与

5、系统电路板，此两种不同的散热基板分别乘载着LED晶粒与LED品片将LED晶粒发光时所产工的热能，经由LED晶粒散热基板至系统电路板，而后由大气环境吸收，以达到热散Z效果。2.1系统电路板系统电路板主要是作为LED散热系统屮，最后将热能导至散热鳍片、外売或大气屮的材料。近年来印刷电路板(PCB)的生产技术已非常纯熟，早期LED产品的系统电路板多以PCB为主，但随着高功率LED的需求增加，PCB之材料散热能力有限，使其无法应用于其高功率产品,为了改善高功率LED散热问题,近期LL发展出高热导系数铝基板(MCPCB

6、),利用金属材料散热特性较佳的特色，U达到高功率产品散热的目的。然而随着LED亮度与效能要求的持续发展，尽管系统电路板能将LED晶片所产生的热有效的散热到大气环境，但是LED晶粒所产生的热能却无法有效的从晶粒传导至系统电路板，异言之，当LED功率往更高效提升时，整个LED的散热瓶颈将出现在LED晶粒散热基板。2.2LED晶粒基板LED晶粒基板主要是作为LED晶粒与系统电路板Z间热能导出的媒介，藉市打线、共晶或覆晶的制程与LED晶粒结合。而基于散热考最，H前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板为主，以线路备制方法

7、不同约略可区分为：厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶瓷基板二种，在传统高功率LED元件，多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为晶粒散热慕板，再以打金线方式将LED晶粒与陶瓷基板结合。如前言所述，此金线连结限制了热量沿电极接点散失之效能。因此，近年来，国内外大厂无不朝向解决此问题而努力。其解决方式有二，其一•为寻找高散热系数之基板材料，以取代氧化铝，包含了矽基板、碳化矽基板、阳极化铝基板或氮化铝基板，其屮矽及碳化矽基板Z材料半导体特性，使其现阶段遇到较严苛的考验，而阳极化铝基板则因其阳极化氧化以强度不足而容易因

8、碎裂导致导通，使其在实际应用上受限，因而，现阶段较成熟且普通接受度较高的即为以氮化铝作为散热基板;然而，日前受限于氮化铝基板不适用传统厚膜制稈(材料在银胶印刷后须经850°C大气热处理，使其出现材料信赖性问题)，因此，氮化铝基板线路需以薄膜制程备制。