LED散热基板发展趋势.docVIP

2010年LED散热基板的趋势 关键词： 行情led照明景观? 亮化? 2010年LED散热基板的趋势 ? ????????? LED产业是近年来最受瞩目的产业之一。发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、反应时间 快、寿命周期长、且不含汞，具有环保效益…等优点。然而通常LED高功率产品输入功率约为20%能转换成光，剩下80%的电能均转换为热能。　　一般而言，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、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，以下将利用关系图作进一步说明。　　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。2、LED散热途径　　依据不同的封装，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：(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晶粒(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晶片( chip)，而后再将LED 晶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晶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晶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晶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，藉由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晶粒的封装方式于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。　　3、LED散热基板　　LED散热基板主要是利用其散热基板材料本身具有较佳的热传导性，将热源从LED晶粒导出。因此，我们从LED散热途径叙述中，可将LED散热基板细分两 大类别，分别为(1)LED晶粒基板与(2)系统电路板，此两种不同的散热基板分别乘载着LED晶粒与LED晶片将LED晶粒发光时所产生的热能，经由 LED晶粒散热基板至系统电路板，而后由大气环境吸收，以达到热散之效果3.1 系统电路板　　系统电路板主要是作为LED散热系统中，最后将热能导至散热鳍片、外壳或大气中的材料。近年来印刷电路板(PCB)的生产技术已非常纯熟，早期LED产品 的系统电路板多以PCB为主，但随着高功率LED的需求增加，PCB之材料散热能力有限，使其无法应用于其高功率产品，为了改善高功率LED 散热问题，近期已发展出高热导系数铝基板(MCPCB)，利用金属材料散热特性较佳的特色，已达到高功率产品散热的目的。然而随着LED亮度与效能要求的 持续发展，尽管系统电路板能将LED 晶片所产生的热有效的散热到大气环境，但是LED晶粒所产生的热能却无法有效的从晶粒传导至系统电路板，异言之，当LED功率往更高效提升时，整个LED 的散热瓶颈将出现在LED晶粒散热基板，下段文章将针对LED晶粒基板做更深入的探讨。　　3.2 LED晶粒基板　　LED晶粒基板主要是作为LED 晶粒与系统电路板之间热能导出的媒介，藉由打线、共晶或覆晶的制程与LED 晶粒结合。而基于散热考量，目前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板为主，以线路备制方法不同约略可区分为：厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶 瓷基板三种，在传统高功率LED元件，多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为晶粒散热基板，再以打金线方式将LED晶粒与陶瓷基板结合。如前