高功率白光LED芯片的散熱問題

因此，在面對不斷提高電流情況的同時，如何增加抗熱能力，也是現(xiàn)階段的急待被克服的問題，從各方面來看，除了材料本身的問題外，還包括從晶片到封裝材料間的抗熱性、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)、封裝材料到PCB板間的抗熱性、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，及PCB板的散熱結(jié)構(gòu)等，這些都需要作整體性的考量。

例如，即使能夠解決從晶片到封裝材料間的抗熱性，但因從封裝到PCB板的散熱效果不好的話，同樣也是造成LED晶片溫度的上升，出現(xiàn)發(fā)光效率下降的現(xiàn)象。所以，就像是松下就為了解決這樣的問題，從2005年開始，便把包括圓形，線形，面型的白光LED,與PCB基板設(shè)計成一體，來克服可能因為出現(xiàn)在從封裝到PCB板間散熱中斷的問題。

不過，并非所有的業(yè)者都像松下一樣，把封裝材料到PCB板間的抗熱性都做了考量，因為各業(yè)者的策略關(guān)系，有的業(yè)者以基板設(shè)計的簡便為目標(biāo)，只針對PCB板的散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良。

有相當(dāng)多的業(yè)者，因為本身不生產(chǎn)LED的關(guān)系，所以只能在PCB板做一些研發(fā)，但僅此于止還是不夠的，所以需要選擇散熱性良好的白光LED.能讓PCB板上的用金屬材料，能與白光LED封裝中的散熱槽緊密連接，完成讓具有散熱槽設(shè)計的高功率白光LED與PCB板連接，達(dá)到散熱的能力。

不過，這樣看起來好像只是因為期望達(dá)到散熱，而把簡單的一件事情予以復(fù)雜化，到底這樣是不是符合成本和進(jìn)步的概念，以今天的應(yīng)用層面來說，很難做一個判斷，不過，實際上是有一些業(yè)者正朝向這方面做考量，例如Citizen在2004年所發(fā)表的產(chǎn)品，就是能夠從封裝上厚度為2~3mm的散熱槽向外散熱，提供應(yīng)用業(yè)者能夠因為使用了具有散熱槽的高功率白光LED,能讓PCB板的散熱設(shè)計得以發(fā)揮。

封裝材料的改變 提高白光LED壽命達(dá)原先的4倍

當(dāng)然發(fā)熱的問題不是只會對亮度表現(xiàn)帶來影響，同時也會對LED本身的壽命出現(xiàn)挑戰(zhàn)，所以在這一部份，LED不斷的開發(fā)出封裝材料來因應(yīng)，持續(xù)提高中的LED亮度所產(chǎn)生的影響。

過去用來作為封裝材料的環(huán)氧樹脂，耐熱性比較差，可能會出現(xiàn)的情況是，在LED晶片本身的壽命到達(dá)前，環(huán)氧樹脂就已經(jīng)出現(xiàn)變色的情況，因此，為了提高散熱性，而必須讓更多的電流獲得釋放，這一個架構(gòu)這是相當(dāng)?shù)闹匾?p style="text-align: left">除此之外，不僅因為熱現(xiàn)象會對環(huán)氧樹脂產(chǎn)生影樣，甚至短波長也會對環(huán)氧樹脂造成一些問題，這是因為白光LED 發(fā)光光譜中，也包含了短波長的光線，而環(huán)氧樹脂卻相當(dāng)容易被白光LED中的短波長光線破壞，即使低功率的白光LED就已經(jīng)會讓造成環(huán)氧樹脂的破壞，更何況高功率的白光LED所含的短波長的光線更多，那麼惡化自然也加速，甚至有些產(chǎn)品在連續(xù)點亮后的使用壽命不到5,000小時。

所以，與其不斷的克服因為舊有封裝材料-環(huán)氧樹脂所帶來的變色困擾，不如朝向開發(fā)新一代的封裝材料，或許是不錯的選擇。目前在解決壽命這一方面的問題，許多LED封裝業(yè)者都朝向放棄環(huán)氧樹脂，而改采了硅樹脂和陶瓷等作為封裝的材料，根據(jù)統(tǒng)計，因為改變了封裝材料，事實上可以提高LED的壽命。

就資料上來看，代替環(huán)氧樹脂的封裝材料-硅樹脂，就具有較高的耐熱性，根據(jù)試驗，即使是在攝氏150~180度的高溫，也不會變色的現(xiàn)象，看起來似乎是一個不錯的封裝材料。

因為硅樹脂能夠分散藍(lán)色和近紫外光，所以與環(huán)氧樹脂相比，硅樹脂可以抑制材料因為電流和短波長光線所帶來的劣化現(xiàn)象，而緩和的光穿透率下降的速度。

所以，以目前的應(yīng)用來看，幾乎所有的高功率白光LED產(chǎn)品都已經(jīng)改采硅樹脂作為封裝的材料，例如，因為短波長的光線所帶來的影響部分，相對于波長400~450nm的光，環(huán)氧樹脂約在個位的數(shù)。