LED散熱基板技術發(fā)展趨勢分析

1、前言

隨著全球環(huán)保的意識抬頭，節(jié)能省電已成為當今的趨勢。LED產(chǎn)業(yè)是近年來最受矚目的產(chǎn)業(yè)之一。發(fā)展至今，LED產(chǎn)品已具有節(jié)能、省電、高效率、反應時間快、壽命周期長、且不含汞，具有環(huán)保效益…等優(yōu)點。然而通常LED高功率產(chǎn)品輸入功率約為20%能轉換成光，剩下80%的電能均轉換為熱能。

一般而言，LED發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能若無法導出，將會使LED結面溫度過高，進而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率、穩(wěn)定性，而LED結面溫度、發(fā)光效率及壽命之間的關系，以下將利用關系圖作進一步說明。

圖一為LED結面溫度與發(fā)光效率之關系圖，當結面溫度由25℃上升至100℃時，其發(fā)光效率將會衰退20%到75%不等，其中又以黃色光衰退75%最為嚴重。此外，當LED的操作環(huán)境溫度愈高，其產(chǎn)壽命亦愈低(如圖二所示)，當操作溫度由63℃升到74℃時，LED平均壽命將會減少3/4。因此，要提升LED的發(fā)光效率，LED系統(tǒng)的熱散管理與設計便成為了一重要課題，在了解LED散熱問題之前，必須先了解其散熱途徑，進而針對散熱瓶頸進行改善。

2、LED散熱途徑

依據(jù)不同的封裝技術，其散熱方法亦有所不同，而LED各種散熱途徑方法約略可以下圖三示意之：

散熱途徑說明：

1.從空氣中散熱

2.熱能直接由Systemcircuitboard導出

3.經(jīng)由金線將熱能導出

4.若為共晶及Flipchip制程，熱能將經(jīng)由通孔至系統(tǒng)電路板而導出)

一般而言，LED晶粒(Die)以打金線、共晶或覆晶方式連結于其基板上(SubstrateofLEDDie)而形成一LED晶片(chip)，而后再將LED晶片固定于系統(tǒng)的電路板上(Systemcircuitboard)。因此，LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱(如圖三途徑1所示)，或經(jīng)由LED晶?；逯料到y(tǒng)電路板再到大氣環(huán)境。而散熱由系統(tǒng)電路板至大氣環(huán)境的速率取決于整個發(fā)光燈具或系統(tǒng)之設計。

然而，現(xiàn)階段的整個系統(tǒng)之散熱瓶頸，多數(shù)發(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導至其基板再到系統(tǒng)電路板為主。此部分的可能散熱途徑：其一為直接藉由晶?；迳嶂料到y(tǒng)電路板(如圖三途徑2所示)，在此散熱途徑里，其LED晶?；宀牧系臒嵘⒛芰礊橄喈斨匾膮?shù)。另一方面，LED所產(chǎn)生的熱亦會經(jīng)由電極金屬導線而至系統(tǒng)電路板，一般而言，利用金線方式做電極接合下，散熱受金屬線本身較細長之幾何形狀而受限(如圖三途徑3所示)；因此，近來即有共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)接合方式，此設計大幅減少導線長度，并大幅增加導線截面積，如此一來，藉由LED電極導線至系統(tǒng)電路板之散熱效率將有效提升(如圖三途徑4所示)。

經(jīng)由以上散熱途徑解釋，可得知散熱基板材料的選擇與其LED晶粒的封裝方式于LED熱散管理上占了極重要的一環(huán)，后段將針對LED散熱基板做概略說明。

3、LED散熱基板

LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身具有較佳的熱傳導性，將熱源從LED晶粒導出。因此，我們從LED散熱途徑敘述中，可將LED散熱基板細分兩大類別，分別為(1)LED晶?；迮c(2)系統(tǒng)電路板，此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能，經(jīng)由LED晶粒散熱基板至系統(tǒng)電路板，而后由大氣環(huán)境吸收，以達到熱散之效果。