多管齐下,构筑大功率LED散热新模式

上网时间: 2014年07月09日? 作者:刘恒? 我来评论 【字号: ? ?小】

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高导热性陶瓷基板兴起

在解决了芯片本身的光效和固晶热阻之后,在LED封装端将面对散热处理的关键环节—支架和基板。由于考虑到电路配置,大多数LED封装设计在芯片与终端环境之间都使用的是有机绝缘材料,因而造成较大的热阻,导热效果不佳。目前,一些厂商开始尝试使用绝缘但具有高导热系数的散热基板,或者是直接让芯片固晶在高导热的金属材料上,而以跳线的方式做电路串并联,来改善大功率LED散热难的问题。

林治民介绍道,从目前的使用情况来看,大功率LED产品目前主要使用在指向性的LED单晶产品,以及多晶的COB产品当中,单晶产品多使用陶瓷基板,多晶COB一般使用陶瓷基板、或以铝或铜材料为底的MCPCB散热基板。

就不同材质散热基板的未来发展,他认为,陶瓷基板由于绝缘及高导热的特性,可作为SMT型组件的基板,也可作为COB产品的基板使用,在特别添加材料烧结后的陶瓷基板可以达到绝缘、高导热、高反射率的产品特性,但其缺点在于单价过高,并且陶瓷基板本身材料也较脆弱,因此在COB产品应用中,无法以螺丝直接锁件,需另外配合支架,也增加了额外的成本,因此,实现大量生产、降低成本,是陶瓷基板的唯一发展走向。另外,基于Cu/Al的MCPCB基板导热性能也相当不错,如果芯片电路分开设计的话,确实是一款不错的材料,还可以直接锁件,客户使用也较为方便,但如果要使用共金固晶制作技术来降低固晶段的热阻,则目前看来还无法在MCPCB板上执行,这将会是今后发展的一个瓶颈,因此,找到高导热性绝缘材料并且另做电路设计,应该是MCPCB系列散热基板的发展主轴。

亿光是全球前十大LED封装厂中唯一一间拥有多样封装系列的公司,据介绍,目前公司在其陶瓷封装的照明产品线上,以AlN的陶瓷基板(导热系数大于150w/mk),搭配AuSn共金固晶方式来完成封装,可将固晶段的热阻降至1w/mk以下,同时基板的热阻可降至1w/mk以下,组件本身可操作至1.5A,且结温Tj最高可耐受至150℃。

对于常用的这几种散热基板,李承士同样表示:“陶瓷材料的优点是绝缘性高,不像MCPCB板需要额外的界电层作为下方金属材料的隔绝,在耐高电压等特性方面表现突出,同时配合高导热性陶瓷,整体散热表现优异。”此外,针对近期兴起的CSP芯片级封装技术,他补充道,由于其取消了第一层基板的使用,直接在芯片端做完封装,然后将封好的芯片封装整合到第二层基板,因而使得第二层基板的设计也需要配合芯片封装的大小与脚位。

以车用LED灯的开发为例,TSLC从一开始就考虑到汽车行驶中的高温特殊环境,采用高导热的氮化铝(AIN)基板封装技术,并以高导热的金锡合金作为固晶材料,将整体热阻降至最低,可在100度基板温度下长时间操作,且在1000mA电流下,光通量可以保持在1000流明以上,仅用一颗光源就可作为汽车头灯,大大方便了汽车头灯设计。同时,凭借多项自主专利技术以及中高功率灯珠及模块化设计,TSLC高度弹性化及定制化的生产能力可满足客户对于LED芯片的多种需求。

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