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LED散热新趋势─LED矽基板封装导热

2010-12-10 11:14
月城清浅
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         以矽基材料做为LED封装基板技术,近几年逐渐从半导体业界被引进到LED业界,而LED基板采用矽材料最大优势便是其优异的导热能力。

         因应LED照明市场需求而发展的功率型LED封装,使用电流不断增加,由150 mA、350 mA,到现在700 mA甚至1A,使用在1平方毫米的LED晶片上,由于电流在LED晶片上转换成光的效率只有30 %,有70 %电流会转成热,如果没有良好导热方法将热传导出LED晶片,LED晶片便会烧损,造成快速光衰。

        解决LED封装热导,必须从结构上采低热阻设计,同时在尺寸方面具备有轻巧的功能,以符合现代灯具需求。 为因应LED封装需求,传统LED封装必须有革命性的改变。 近年来发展出了1种最具代表性的封装(如图1 所示),LED产生的热可由基板直接导出,同时具备有轻小的功能。
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图1 轻巧及导热佳的LED封装。


 

             热阻计算的理论公式为Rth = T / KA,其中各参数的定义如下: 

Rth:热阻,单位是K/W,也就是每瓦(W) 电流通入LED晶片时,所产生的温度值;
 T:导热基板的厚度(um);
 K:导热基板的导热系数(W/mK);
 A:导热面积(mm x mm)。

         所以,根据热阻计算理论公式,在固定基板厚度及导热面积下,如何选择可以具有高导热系数,同时又可量产的基板材料,是解决LED导热的关键。 以目前工业技术或量产成熟度来看,由于氧化铝(Al2O3)及矽(Si)二者已同时大量应用在电子元件基板,会成为业界最佳LED基板材料的选择。

         氧化铝目前被大量应用在电阻、电容、混膜电路、汽车电子以及高频元件电路板使用,而矽则应用在半导体元件制造;将氧化铝应用在LED封装是因为氧化铝材料高绝缘性及可制作轻小元件,然而,因为氧化铝材料低导热系数,在氧化铝基板厚度是400um时,所造成的热阻是5.2 K/W,当大电流(700 mA)通入在LED晶片上,瞬间温升为13℃,将无法把热立即传导出LED晶片,这时LED晶片会产生快速光衰,因此,热阻偏高是使用氧化铝做为LED基板的难题。

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