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高功率LED封装基板技术分析

2011年11月07日 14:00 本站整理 作者:秩名 用户评论(0

  前言

  技术上高功率LED封装后的商品,使用时散热对策成为非常棘手问题,在此背景下具备高成本效益,类似金属系基板等高散热封装基板的发展动向,成为LED高效率化之后另一个备受嘱目的焦点。

  本文要介绍LED封装用金属系基板的发展动向,与陶瓷系封装基板的散热设计技术。

  发展历程

  图1是有关LED的应用领域发展变迁预测,如图2所示使用高功率LED时,LED产生的热量透过封装基板与冷却风扇排放至空气中。

  

LED应用领域发展变化

 

  

高散热基板的必要性

 

  以往LED的输出功率较小,可以使用传统FR4等玻璃环氧树脂封装基板,然而照明用高功率LED的发光效率只有20~30% ,而且芯片面积非常小,虽然整体消费电力非常低,不过单位面积的发热量却很大。

  如上所述汽车、照明与一般民生业者已经开始积极检讨LED的适用性(图3),一般民生业者对高功率LED期待的特性分别是省电、高辉度、长使用寿命、高色再现性,这意味着高散热性是高功率LED封装基板不可欠缺的条件。

  

 

  一般树脂基板的散热极限只支持0.5W以下的LED,超过0.5W以上的LED封装大多改用金属系与陶瓷系高散热基板,主要原因是基板的散热性对LED的寿命与性能有直接影响,因此封装基板成为设计高辉度LED商品应用时非常重要的组件。

  金属系高散热基板又分成硬质(rigid)与可挠曲(flexible)系基板两种(图4) ,硬质系基板属于传统金属基板,金属基材的厚度通常大于1mm,硬质系基板广泛应用在LED灯具模块与照明模块,技术上它是与铝质基板同等级高热传导化的延伸,未来可望应用在高功率LED的封装。

  

 

  可挠曲系基板的出现是为了满足汽车导航仪等中型LCD背光模块薄形化,以及高功率LED三次元封装要求的前提下,透过铝质基板薄板化赋予封装基板可挠曲特性,进而形成同时兼具高热传导性与可挠曲特性的高功率LED封装基板。

  硬质系基板的特性

  图5是硬质金属系封装基板的基本结构,它是利用传统树脂基板或是陶瓷基板,赋予高热传导性、加工性、电磁波遮蔽性、耐热冲击性等金属特性,构成新世代高功率LED封装基板。

  

 

  如图所示它是利用环氧树脂系接着剂将铜箔黏贴在金属基材的表面,透过金属基材与绝缘层材质的组合变化,可以制成各种用途的LED封装基板。

  高散热性是高功率LED封装用基板不可或缺的基本特性,因此上述金属系LED封装基板使用为铝与铜等材料,绝缘层大多使用充填高热传导性无机填充物(Filler)的填充物环氧树脂。

  

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( 发表人:小兰 )

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