高功率LED散熱基板發(fā)展趨勢(shì)
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? ? ?由于LED技術(shù)的進(jìn)步健康發展,LED應(yīng)用亦日漸多元化,由早期的電源指示燈機構,進(jìn)展至具有省電的特性、壽命長(zhǎng)、可視度高等優(yōu)點(diǎn)之LED照明產(chǎn)品基礎。然而由于高功率LED輸入功率僅有15至20%轉(zhuǎn)換成光提供堅實支撐,其余80至85%則轉(zhuǎn)換成熱,若這些熱未適時(shí)排出至外界高產,那么將會(huì)使LED晶粒界面溫度過(guò)高而影響發(fā)光效率及發(fā)光壽命信息化技術。
? ? ? ?LED發(fā)展 散熱是關(guān)鍵
? ? ? ?隨著LED材料及封裝技術(shù)的不斷演進(jìn),促使LED產(chǎn)品亮度不斷提高良好,LED的應(yīng)用越來(lái)越廣逐步顯現,并為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)提供一個(gè)穩(wěn)定成長(zhǎng)的市場(chǎng)版圖。以LED作為顯示器的背光源引領,更是近來(lái)熱門(mén)的話題自動化裝置,從小尺寸顯示器背光源逐漸發(fā)展到中大尺寸LCD TV背光源,頗有逐步取代CCFL背光源的架勢(shì)應用前景。主要是LED在色彩有很大提升空間、亮度、壽命首次、耗電度及環(huán)保訴求等均比傳統(tǒng)冷陰極管(CCFL)更具優(yōu)勢(shì)可能性更大,因而吸引業(yè)者積極投入。
? ? ? ?早期單芯片LE
D的功率不高搖籃,發(fā)熱量有限技術,熱的問(wèn)題不大,因此其封裝方式相對(duì)簡(jiǎn)單推動。但近年隨著LED材料技術(shù)的不斷突破相對較高,LED的封裝技術(shù)也隨之改變,從早期單芯片的炮彈型封裝逐漸發(fā)展成扁平化開展研究、大面積式的多芯片封裝模塊姿勢;其工作電流由早期20mA左右的低功率LED相互融合,進(jìn)展到目前的1/3至1A左右的高功率LED首要任務,單顆LED的輸入功率高達(dá)1W以上,甚至到3W不同需求、5W發展。
? ? ? ?封裝方式更進(jìn)化
? ? ? ?由于高亮度高功率LED系統(tǒng)所衍生的熱問(wèn)題將是影響產(chǎn)品功能優(yōu)劣關(guān)鍵,要將LED組件的發(fā)熱量迅速排出至周遭環(huán)境支撐作用,首先必須從封裝層級(jí)(L1& L2)的熱管理著手日漸深入;目前的作法是將LED晶粒以焊料或?qū)岣嘟又谝痪鶡崞蟿恿?,?jīng)由均熱片降低封裝模塊的熱阻抗,這也是目前市面上最常見(jiàn)的LED封裝模塊互動式宣講,主要來(lái)源有Lumileds效高性、OSRAM、Cree 和Nicha等LED國(guó)際知名廠商自動化。
? ? ? ?這些LED模塊在實(shí)際應(yīng)用可組裝在一整排呈線光源提升,或作成數(shù)組排列或圓形排列,再接合在一片散熱基板上作為面光源不折不扣。但對(duì)于許多終端的應(yīng)用產(chǎn)品支撐能力,如迷你型投影機(jī)、車(chē)用及照明用燈源高效利用,在特定面積下所需的流明量需超過(guò)上千流明或上萬(wàn)流明特征更加明顯,單靠單晶粒封裝模塊顯然不足以應(yīng)付,走向多芯片LED封裝講理論,及芯片直接黏著基板已是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的可能性。
? ? ? ?在LED實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用上,不論用于顯示器背光源服務為一體、指示燈或一般照明措施,通常會(huì)視需要將多個(gè)LED組裝在一電路基板上。電路基板一方面扮演著承載LED模塊結(jié)構(gòu)要落實好,另一方面緊密相關,隨著LED輸出功率越來(lái)越高,基板還必須扮演散熱的角色先進技術,以將LED芯片產(chǎn)生的熱傳遞出去培訓,在材料選擇上,因此必須兼顧結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及散熱需求宣講手段。
? ? ? ?需顧慮材料成本
? ? ? ?傳統(tǒng)LED功率不大重要工具,散熱問(wèn)題不嚴(yán)重,只要運(yùn)用一般電子用的銅箔印刷電路板即足以應(yīng)付配套設備,但隨著高功率LED越來(lái)越盛行更優質,此板已不足以應(yīng)付散熱需求,因此需再將印刷電路板貼附在一金屬板上推進高水平,即所謂的Metal Core PCB領域,以改善其傳熱路徑。
? ? ? ?另外也有一種做法直接在鋁基板表面直接作絕緣層或稱介電層好宣講,再在介電層表面作電路層註入新的動力,如此LED模塊即可直接將導(dǎo)線接合在電路層上。同時(shí)為避免因介電層的導(dǎo)熱性不佳而增加熱阻抗,有時(shí)會(huì)采取穿孔方式雙重提升,以便讓LED模塊底端的均熱片直接接觸到金屬基板戰略布局,即所謂芯片直接黏著。
? ? ? ?除了金屬基板外表現明顯更佳,為因應(yīng)高功率LED封裝及芯片直接粘著基板的發(fā)展狀態,基板材料的選用除考慮散熱性外,還必須考慮與芯片的熱膨脹系數(shù)相匹配問(wèn)題指導,以避免熱應(yīng)力引起的熱變形及可靠度問(wèn)題基石之一,因此目前國(guó)內(nèi)外也在發(fā)展陶瓷基板及金屬?gòu)?fù)合基板等。這些新開(kāi)發(fā)的基板材料不但具有良好的散熱性增持能力,同時(shí)熱膨脹系數(shù)(介于4~8ppm/K)與LED芯片均相匹配共同努力,唯一的缺點(diǎn)是價(jià)格均比一般的金屬基板貴。
? ? ? ?聚焦無(wú)風(fēng)扇散熱
? ? ? ?其實(shí)追求卓越,LED的散熱組件與CPU散熱相似逐漸完善,都是由散熱片、熱管合理需求、風(fēng)扇及熱界面材料所組成的氣冷模塊為主是目前主流,當(dāng)然水冷也是熱對(duì)策之一。
? ? ? ?以當(dāng)前最熱門(mén)的大尺寸LED TV背光模塊而言高質量,40英寸及46英寸的LED背光源輸入功率分別為470W及550W充分發揮,以其中的80%轉(zhuǎn)成熱來(lái)看,所需的散熱量約在360W及440W左右管理。如何將這些熱量帶走設計,有用水冷方式進(jìn)行冷卻,但有高單價(jià)及可靠度等疑慮改進措施;也有用熱管配合散熱片及風(fēng)扇來(lái)進(jìn)行冷卻(如SONY 46” LED TV)就此掀開,但風(fēng)扇耗電及噪音等問(wèn)題。因此今年,如何設(shè)計(jì)無(wú)風(fēng)扇的散熱方式便是決定未來(lái)誰(shuí)能勝出的重要關(guān)鍵穩步前行。
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