LED導(dǎo)、散熱之熱通路無膠水化制程

LED怕熱是業(yè)界眾所皆知之事，因?yàn)闊釙?huì)影響LED的光衰及壽命。今天在此介紹一種 LED 應(yīng)用產(chǎn)品之組裝新工藝——LED導(dǎo)、散熱之熱通路無膠水化制程，與諸位讀者共享!

目前LED 應(yīng)用產(chǎn)品的組裝(包括用料、組裝方法與步驟)大致如下：

1、將LED光源(主要是貼片式SMD LED，如Luminleds Luxeon、 Cree X Lamp等)以錫焊方法固定于鋁基板上。

2、鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏(或使用導(dǎo)熱硅膠片)后再以螺絲固定于散熱機(jī)構(gòu)件(主要是散熱鰭片)上。

膠水是一種高分子化合物，通常受溫度、水分、紫外線等諸多因素影響而變質(zhì)，還會(huì)隨著時(shí)間而劣化，以至于影響其導(dǎo)熱功效。

由上述結(jié)構(gòu)與制程可知：自LED晶粒產(chǎn)生熱能后，不斷傳遞熱能至散熱鰭片，散熱鰭片再與空氣交換熱量，其LED導(dǎo)、散熱的熱通路常存有3層膠水：

1、第一層膠水：固晶膠；

2、第二層膠水：鋁基板中銅箔與鋁板的導(dǎo)熱黏著膠；

3、第三層膠水：鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏(或使用導(dǎo)熱硅膠片)。

圖1 一般的導(dǎo)、散熱結(jié)構(gòu)

固晶膠

市場上LED封裝多以固晶膠將晶粒黏結(jié)于支架(或固晶座、固晶基板)上。無論固晶膠選用導(dǎo)電膠或非導(dǎo)電膠(又稱絕緣膠)，都具有膠水成份和膠的特質(zhì)。

為提升封裝的導(dǎo)熱效果，有業(yè)者改以共晶制程取代固晶膠制程，如Cree，也有封裝業(yè)者以錫膏經(jīng)回流焊制程取代固晶膠制程。以上兩者，無論是共晶制程，亦或是以錫膏經(jīng)回流焊制程以取代固晶膠制程，都是為了避免使用膠水。

鋁基板中銅箔與鋁板的導(dǎo)熱黏著膠

鋁基板結(jié)構(gòu)是通過導(dǎo)熱黏著膠將鋁基板成份的銅箔與鋁板黏著結(jié)合。其中，依導(dǎo)熱黏著膠的導(dǎo)熱系數(shù)值差異又區(qū)分為：低導(dǎo)熱鋁基板、中導(dǎo)熱鋁基板、高導(dǎo)熱鋁基板、超高導(dǎo)熱鋁基板等不同等級。但鋁基板始終脫離不了存有導(dǎo)熱黏著膠的膠水成份。

鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏(或使用導(dǎo)熱硅膠片)

為使鋁基板與散熱機(jī)構(gòu)件(主要是散熱鰭片)緊密結(jié)合，并從鋁基板與散熱機(jī)構(gòu)件的間隙排除對其導(dǎo)熱功效有極大影響的空氣，LED應(yīng)用廠商組裝時(shí)通常在鋁基板涂抹導(dǎo)熱膏后再以螺絲固定于散熱機(jī)構(gòu)件上來應(yīng)對。

圖2 獨(dú)創(chuàng)的導(dǎo)、散熱結(jié)構(gòu)(使用高溫陶瓷基板DBC+焊錫制程，導(dǎo)熱通路完全不使用膠水)為解決膠水對LED應(yīng)用廠商的長期困擾，將一般的LED導(dǎo)、散熱的熱通路常存的3層膠水分別以不同的材料、不同的制程替代，即LED導(dǎo)、散熱之熱通路無膠水化制程。其對策及說明如下：

1、對于第一層的固晶膠，以共晶制程或錫膏經(jīng)回流焊制程取代，這兩種方法都可以避免使用固晶膠。

2、將第二層鋁基板中銅箔與鋁板的導(dǎo)熱黏著膠的鋁基板以高溫陶瓷基板(DBC：Direct Bonding Copper)取代(如圖3)。

高溫陶瓷基板(DBC : Direct Bonding Copper )在陶瓷的上、下面先覆以銅箔，后經(jīng)攝氏1100+度高溫?zé)Y(jié)，使銅箔與陶瓷產(chǎn)生共晶現(xiàn)象燒制而成 (此高溫?zé)Y(jié)制程有別于以導(dǎo)熱黏著膠黏著銅箔與陶瓷，在魚目混珠、濫竽充數(shù)的劣質(zhì)陶瓷基板營銷市場上，采購時(shí)不得不謹(jǐn)慎小心!)。

首先，由于高溫陶瓷基板DBC經(jīng)攝氏1100+度高溫?zé)Y(jié)而成，銅箔與陶瓷的接著面形成優(yōu)異的化學(xué)鍵結(jié)(如圖3)，使其除具備優(yōu)異的撕裂強(qiáng)度外，還保有陶瓷原有的耐電壓、絕緣性能、穩(wěn)定性等各種特性。因此，高溫陶瓷基板與鋁