陶瓷cob封装的散热探讨.doc

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1、最新【精品】范文参考文献专业论文陶瓷COB封装的散热探讨陶瓷COB封装的散热探讨　　摘要：本文通过对陶瓷COB封装的散热进行分析讨论，从LED热量的产生原因，基板材料的分析，到散热方法的分析比较，分析了它的优点和缺点。　　关键词：LED封装散热陶瓷COB基板　　所谓COB封装（ChiponBoard），是指LED芯片直接在基板上进行绑定封装。也就是指将N颗LED芯片绑定在金属基板或陶瓷基板上，成为一个新的LED光源模组。由于芯片结温的高低直接影响到LED出光效率、色度漂移和器件寿命等参数，如何提高封装器件散热能力、降低芯片温度成为COB结构设计中亟需解

2、决的关键技术环节。对于高功率COBLED的封装散热难题，确保LED产品在高功率运作下的材料稳定性与光衰稳定性，以陶瓷作为散热及金属?线基板的趋势已日渐明朗。　　1、LED热量的产生原因　　与传统光源一样，半导体发光二极管（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。LED在正向电压下，电子从电源获得能量，在电场的驱动下，克服PN结的电场，由N区跃迁到P区，这些电子与P区的空穴发生复合。由于漂移到P区的自由电子具有高于P区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，多余的能量以光子的形式放出。发出光子的波长与能量差Eg相关。　　电子在二极管内部

3、的路途中，都会因电阻的存在而消耗功率。所消耗的功率符合电子学的基本定律：　　式中：RN是N区体电阻　　VTH是PN结的开启电压　　RP是P区体电阻　　消耗的功率产生的热量为：　　式中：t为二极管通电的时间。　　它所它所消耗的电功率为：最新【精品】范文参考文献专业论文　　式中：ULED是LED光源两端的正向电压　　ILED是流过LED的电流　　这些消耗的电功率转化为热量放出：　　（1-4）　　式中：t为通电时间　　2、LED散热问题分析　　早期单芯片LED的功率不高，单芯片的炮弹型封装逐渐发展成扁平化、大面积式的多芯片封装模块；其工作电流由早期20mA左

4、右的低功率LED，进展到目前的1/3至1A左右的高功率LED，单颗LED的输入功率高达1W以上，甚至到3W、5W。　　第一、采用金属基板。传统LED功率不大，散热问题不严重，只要运用一般电子用的铜箔印刷电路板即足以应付，但随着高功率LED越来越盛行，此板已不足以应付散热需求，因此需再将印刷电路板贴附在一金属板上，即所谓的MetalCorePCB，以改善其传热路径。　　第二、采用陶瓷基板及金属复合基板。高功率LED封装及芯片直接粘着基板的发展，基板材料的选用除考虑散热性外，还必须考虑与芯片的热膨胀系数相匹配问题，以避免热应力引起的热变形及可靠度问题。这些

5、新开发的基板材料不但具有良好的散热性，同时热膨胀系数（介于4～8ppm/K）与LED芯片均相匹配。　　3、陶瓷基板与金属复合基板的温度比较　　某产品的动态控制开关重新组合LED串接方式的电源，把88颗芯片分为3串（LED1，LED2，LED3），如图1。假设88颗芯片的总功耗为7.4W，其中LED1中有59颗，功耗为76.4%；LED2中有15颗，功耗为14.8%；LED3中有14颗，功耗为8.7%.从图1可以看出，88颗芯片要用一条线串起来，同时还要有4根线连到芯片排列组合的外围，用来配合电源连接。　　这里假设陶瓷基板构成（结构参见图2）：陶瓷基材的

6、尺寸为10mmx10mmx0.5mm（其中，中心5mmx5mm为芯片所占区域，周边2.5mm宽度的区域是为安置4个焊盘所需）。上面有一层铜（厚度为30um）；金属基板的构成（结构参见图3）：基材尺寸为10mmx10mmx1mm，绝缘层厚度为75um，铜层厚度为35um，所用的芯片为CREE的DA3547。最新【精品】范文参考文献专业论文　　按常规方法排列芯片，LED1中的59颗高功耗芯片，排在前面，LED2中的15颗芯片排在中间，LED3中的14颗低功耗的芯片排在后面。要考虑芯片排列要满足图1电源设计的要求，因此我们有了更合理排列，LED3中的14颗低

7、功耗的芯片放在中间，LED2中的15颗芯片排在LED3的四周，LED1中的59颗高功耗芯片放在最外面。　　然后把这个COB基板固定在一块铝板（厚度1.2mm，直径50mm），这个铝板主要用于代替球泡灯的散热外壳。　　这两种排列在不同的基板上会有什么影响？表1列出了陶瓷基板（Al2O3，AlN），金属基板（铝基板，铜基板）主要参数。其中金属基板的参数参见Bergquist公司金属基板MP-06503模拟结果参见表2。　　由于AlN基板有比较高的热传导性能，能使LED芯片产生的热量传导到金属外壳，并通过热辐射和空气对流方式散发出去，使LED芯片的热阻降低，

8、散热效果最好，铜基板次之，最差的就是Al2O3，从表2可以看出，对于导热率比较差的Al2O3基