2010年LED散熱基板技術(shù)發(fā)展趨勢分析
1、前言
隨著全球環(huán)保的意識抬頭，節(jié)能省電已成為當今的趨勢。LED產(chǎn)業(yè)是近年來最受矚目的產(chǎn)業(yè)之一。發(fā)展至今，LED產(chǎn)品已具有節(jié)能、省電、高效率、反應(yīng)時間快、壽命周期長、且不含汞，具有環(huán)保效益…等優(yōu)點。然而通常LED高功率產(chǎn)品輸入功率約為20%能轉(zhuǎn)換成光，剩下80%的電能均轉(zhuǎn)換為熱能。
一般而言，LED發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能若無法導出，將會使LED結(jié)面溫度過高，進而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率、穩(wěn)定性，而LED結(jié)面溫度、發(fā)光效率及壽命之間的關(guān)系，以下將利用關(guān)系圖作進一步說明。
圖一為LED結(jié)面溫度與發(fā)光效率之關(guān)系圖，當結(jié)面溫度由25℃上升至100℃時，其發(fā)光效率將會衰退20%到75%不等，其中又以**光衰退75%最為嚴 重。此外，當LED的操作環(huán)境溫度愈高，其產(chǎn)壽命亦愈低(如圖二所示)，當操作溫度由63℃升到74℃時，LED平均壽命將會減少3/4。因此，要提升 LED的發(fā)光效率，LED系統(tǒng)的熱散管理與設(shè)計便成為了一重要課題，在了解LED散熱問題之前，必須先了解其散熱途徑，進而針對散熱瓶頸進行改善。
2、LED散熱途徑
依據(jù)不同的封裝技術(shù)，其散熱方法亦有所不同，而LED各種散熱途徑方法約略可以下圖三示意之：
散熱途徑說明：
1. 從空氣中散熱
2. 熱能直接由System circuit board導出
3. 經(jīng)由金線將熱能導出
4. 若為共晶及Flip chip制程，熱能將經(jīng)由通孔至系統(tǒng)電路板而導出)
一般而言，LED晶粒(Die)以打金線、共晶或覆晶方式連結(jié)于其基板上(Substrate of LED Die)而形成一LED晶片( chip)，而后再將LED 晶片固定于系統(tǒng)的電路板上(System circuit board)。因此，LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱(如圖三途徑1所示)，或經(jīng)由LED晶粒基板至系統(tǒng)電路板再到大氣環(huán)境。而散熱由系統(tǒng)電路板 至大氣環(huán)境的速率取決于整個發(fā)光燈具或系統(tǒng)之設(shè)計。
然而，現(xiàn)階段的整個系統(tǒng)之散熱瓶頸，多數(shù)發(fā)生在將熱量從LED晶粒傳導至其基板再到系統(tǒng)電路板為主。此部分的可能散熱途徑：其一為直接藉由晶�；迳嶂� 系統(tǒng)電路板(如圖三途徑2所示)，在此散熱途徑里，其LED晶粒基板材料的熱散能力即為相當重要的參數(shù)。另一方面，LED所產(chǎn)生的熱亦會經(jīng)由電極金屬導線 而至系統(tǒng)電路板，一般而言，利用金線方式做電極接合下，散熱受金屬線本身較細長之幾何形狀而受限(如圖三途徑3所示)；因此，近來即有共晶 (Eutectic) 或覆晶(Flip chip)接合方式，此設(shè)計大幅減少導線長度，并大幅增加導線截面積，如此一來，藉由LED電極導線至系統(tǒng)電路板之散熱效率將有效提升(如圖三途徑4所 示)。
經(jīng)由以上散熱途徑解釋，可得知散熱基板材料的選擇與其LED晶粒的封裝方式于LED熱散管理上占了極重要的一環(huán)，后段將針對LED散熱基板做概略說明。
3、LED散熱基板
LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身具有較佳的熱傳導性，將熱源從LED晶粒導出。因此，我們從LED散熱途徑敘述中，可將LED散熱基板細分兩 大類別，分別為(1)LED晶�；迮c(2)系統(tǒng)電路板，此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能，經(jīng)由 LED晶粒散熱基板至系統(tǒng)電路板，而后由大氣環(huán)境吸收，以達到熱散之效果。
3.1 系統(tǒng)電路板
系統(tǒng)電路板主要是作為LED散熱系統(tǒng)中，最后將熱能導至散熱鰭片、外殼或大氣中的材料。近年來印刷電路板(PCB)的生產(chǎn)技術(shù)已非常純熟，早期LED產(chǎn)品 的系統(tǒng)電路板多以PCB為主，但隨著高功率LED的需求增加，PCB之材料散熱能力有限，使其無法應(yīng)用于其高功率產(chǎn)品，為了改善高功率LED 散熱問題，近期已發(fā)展出高熱導系數(shù)鋁基板(MCPCB)，利用金屬材料散熱
