用于高功率發(fā)光二極管的覆銅陶瓷基板(07-100)

　　動機(jī)

　　預(yù)期災(zāi)難性故障比率和接面溫度的相依性是眾所周知和有案可稽的事實(shí)，并可于Arrhenius模型預(yù)見。較高接面溫度會導(dǎo)至流明降低，因而縮短模塊的預(yù)期壽命。

　　制造優(yōu)質(zhì)發(fā)光二極管模塊的主要方法是以較好封裝以取得較低接面溫度。用適當(dāng)組合的DCB基板之物料可加長裝配發(fā)光二極管模塊裝的壽命和減少價格和壽命比。氮化鋁與薄氧化鋁(0.25mm) DCB基板都同樣可以對以上的挑戰(zhàn)做出經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的解決方案。

　　當(dāng)我們考慮一套典型的5W高功率發(fā)光二極管封裝和大約9mm?的接觸面積(支持基板之金屬片的接觸)，根據(jù)表一之顕示可容易計(jì)算出，就算是標(biāo)準(zhǔn)氧化鋁陶瓷基板已經(jīng)很足夠，那就可以避免花費(fèi)使用制定材料如Si3N4或氮化鋁引致的成本增加。根據(jù)幾何條件熱阻可大為降阺并較之傳統(tǒng)IMS基板(75μm絶縁物厚和2.2W/mK傳熱度)低約60%。

　　表1 基于9mm2面積的熱阻計(jì)算(無熱擴(kuò)散)

　　圖4 LED功率發(fā)展預(yù)測

　　仔細(xì)觀看功率的預(yù)測發(fā)展時(圖4)可以看到，到2010年時，發(fā)光二極管功率可高達(dá)100W。我們須了解這個并非全新封裝問題。這個需求是與傳統(tǒng)電力電子一樣。因此，相同的比對結(jié)果–應(yīng)用相同的解決方案。

　　圖5 顯示了功率密度和工作溫度。

　　圖5 功率密度和溫度

　　我們參看三家主要發(fā)光二極管制造商的封裝型高功率發(fā)光二極管之發(fā)展趨勢 (圖6)。推動設(shè)計(jì)師去設(shè)計(jì)一些可降低熱阻的封裝。

　　圖6 LED功率和封裝熱阻的發(fā)展趨勢

　　根據(jù)這些數(shù)據(jù)去推斷，似乎進(jìn)一步發(fā)展是把接面和金屬片之間的熱阻降低。對于功率價值大于5W的LED 4K/W熱阻值可于不久的將來達(dá)到。

　　對于晶粒直焊基板封裝，基板本身已經(jīng)是熱管理的樽頸地帶，這趨勢會迫使基板作進(jìn)一步改良。

　　發(fā)光二極管封裝的熱能特性

　圖7 熱阻模擬

　　圖7顯示功率發(fā)光二極管封裝的散熱途徑。我們且不談散熱器而集中于RJ-B=RJ-S+RS-B的情況。