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LED散热之LED基板技术研究

上传人:Tom整理

上传时间: 2010-12-01

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  LED发光时所产生的热量如果无法散出,将直接导致LED温度过高,从而影响LED产品生命周期、发光效率、稳定性,而LED结面温度、发光效率及寿命之间的关系。

  图一为LED结面温度与发光效率之关系图,当结面温度由25℃上升至100℃时,其发光效率将会衰退20%到75%不等,其中又以黄色光衰退75%最为严重。此外,当LED的操作环境温度愈高,其产寿命亦愈低(如图二所示),当操作温度由63℃升到74℃时,LED平均寿命将会减少3/4。因此,要提升LED的发光效率,LED系统的热散管理与设计便成为了一重要课题,在了解LED散热问题之前,必须先了解其散热途径,进而针对散热瓶颈进行改善。

  LED结面温度与发光效率(图一)

  LED温度越高,寿命越低(图二)

  一、LED散热途径

  依据不同的封装技术,其散热方法亦有所不同,而LED各种散热途径方法约略可以下图三示意之:

LED各种散热途径(图三)

  散热途径说明:

  1. 从空气中散热

  2. 热能直接由System circuit board导出

  3. 经由金线将热能导出

  4. 若为共晶及Flip chip制程,热能将经由通孔至系统电路板而导出

  一般而言,LED颗粒(Die)以打金线、共晶或覆晶方式连结于其基板上(Substrate of LED Die)而形成一LED芯片( chip),而后再将LED芯片固定于系统的电路板上(System circuit board)。因此,LED可能的散热途径为直接从空气中散热(如图三途径1所示),或经由LED颗粒基板至系统电路板再到大气环境。而散热由系统电路板 至大气环境的速率取决于整个发光灯具或系统之设计。

  然而,现阶段的整个系统之散热瓶颈,多数发生在将热量从LED颗粒传导至其基板再到系统电路板为主。此部分的可能散热途径:其一为直接藉由晶粒基板散热至 系统电路板(如图三途径2所示),在此散热途径里,其LED颗粒基板材料的热散能力即为相当重要的参数。另一方面,LED所产生的热亦会经由电极金属导线 而至系统电路板,一般而言,利用金线方式做电极接合下,散热受金属线本身较细长之几何形状而受限(如图三途径3所示);因此,近来即有共晶 (Eutectic) 或覆晶(Flip chip)接合方式,此设计大幅减少导线长度,并大幅增加导线截面积,如此一来,由LED电极导线至系统电路板之散热效率将有效提升(如图三途径4所示)。

  经由以上散热途径解释,可得知散热基板材料的选择与其LED颗粒的封装方式于LED热散管理上占了极重要的一环,后段将针对LED散热基板做概略说明。

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