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高功率LED散熱基板發(fā)展趨勢

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? ? ?由于LED技術(shù)的進(jìn)步,LED應用亦日漸多元化,由早期的電源指示燈,進(jìn)展至具有省電、壽命長(cháng)、可視度高等優(yōu)點(diǎn)之LED照明產(chǎn)品。然而由于高功率LED輸入功率僅有15至20%轉換成光,其余80至85%則轉換成熱,若這些熱未適時(shí)排出至外界,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。


? ? ? ?LED發(fā)展 散熱是關(guān)鍵


? ? ? ?隨著(zhù)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,LED的應用越來(lái)越廣,并為L(cháng)ED產(chǎn)業(yè)提供一個(gè)穩定成長(cháng)的市場(chǎng)版圖。以L(fǎng)ED作為顯示器的背光源,更是近來(lái)熱門(mén)的話(huà)題,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。主要是LED在色彩、亮度、壽命、耗電度及環(huán)保訴求等均比傳統冷陰極管(CCFL)更具優(yōu)勢,因而吸引業(yè)者積極投入。


? ? ? ?早期單芯片LE
D的功率不高,發(fā)熱量有限,熱的問(wèn)題不大,因此其封裝方式相對簡(jiǎn)單。但近年隨著(zhù)LED材料技術(shù)的不斷突破,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、大面積式的多芯片封裝模塊;其工作電流由早期20mA左右的低功率LED,進(jìn)展到目前的1/3至1A左右的高功率LED,單顆LED的輸入功率高達1W以上,甚至到3W、5W。


? ? ? ?封裝方式更進(jìn)化


? ? ? ?由于高亮度高功率LED系統所衍生的熱問(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,首先必須從封裝層級(L1& L2)的熱管理著(zhù)手;目前的作法是將LED晶粒以焊料或導熱膏接著(zhù)在一均熱片上,經(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,主要來(lái)源有Lumileds、OSRAM、Cree 和Nicha等LED國際知名廠(chǎng)商。


? ? ? ?這些LED模塊在實(shí)際應用可組裝在一整排呈線(xiàn)光源,或作成數組排列或圓形排列,再接合在一片散熱基板上作為面光源。但對于許多終端的應用產(chǎn)品,如迷你型投影機、車(chē)用及照明用燈源,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,單靠單晶粒封裝模塊顯然不足以應付,走向多芯片LED封裝,及芯片直接黏著(zhù)基板已是未來(lái)發(fā)展趨勢。


? ? ? ?在LED實(shí)際產(chǎn)品應用上,不論用于顯示器背光源、指示燈或一般照明,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(zhù)承載LED模塊結構,另一方面,隨著(zhù)LED輸出功率越來(lái)越高,基板還必須扮演散熱的角色,以將LED芯片產(chǎn)生的熱傳遞出去,在材料選擇上,因此必須兼顧結構強度及散熱需求。


? ? ? ?需顧慮材料成本


? ? ? ?傳統LED功率不大,散熱問(wèn)題不嚴重,只要運用一般電子用的銅箔印刷電路板即足以應付,但隨著(zhù)高功率LED越來(lái)越盛行,此板已不足以應付散熱需求,因此需再將印刷電路板貼附在一金屬板上,即所謂的Metal Core PCB,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(chēng)介電層,再在介電層表面作電路層,如此LED模塊即可直接將導線(xiàn)接合在電路層上。同時(shí)為避免因介電層的導熱性不佳而增加熱阻抗,有時(shí)會(huì )采取穿孔方式,以便讓LED模塊底端的均熱片直接接觸到金屬基板,即所謂芯片直接黏著(zhù)。


? ? ? ?除了金屬基板外,為因應高功率LED封裝及芯片直接粘著(zhù)基板的發(fā)展,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相匹配問(wèn)題,以避免熱應力引起的熱變形及可靠度問(wèn)題,因此目前國內外也在發(fā)展陶瓷基板及金屬復合基板等。這些新開(kāi)發(fā)的基板材料不但具有良好的散熱性,同時(shí)熱膨脹系數(介于4~8ppm/K)與LED芯片均相匹配,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),LED的散熱組件與CPU散熱相似,都是由散熱片、熱管、風(fēng)扇及熱界面材料所組成的氣冷模塊為主,當然水冷也是熱對策之一。


? ? ? ?以當前最熱門(mén)的大尺寸LED TV背光模塊而言,40英寸及46英寸的LED背光源輸入功率分別為470W及550W,以其中的80%轉成熱來(lái)看,所需的散熱量約在360W及440W左右。如何將這些熱量帶走,有用水冷方式進(jìn)行冷卻,但有高單價(jià)及可靠度等疑慮;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),但風(fēng)扇耗電及噪音等問(wèn)題。因此,如何設計無(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。

? ? ?本文章由澳鐳照明電器整理發(fā)布,澳鐳照明官方網(wǎng)站:www.avnaled.com
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