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    中国LED网论坛 » LED芯片与封装技术 » 大功率LED的散热问题
     
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     作者
     标题: 大功率LED的散热问题  楼主 
    行业先锋
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    2007-11-7 16:22:00  
      大功率LED的散热问题

    请高手们讨论一下大功率LED的散热问题,除了散热基板和导热硅胶的性能外还有哪些因素需要考虑呢?
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     作者 第1楼 
    约翰
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    2007-11-7 21:48:00  
     

    以下这篇文章写得不错: 

      由于LED技术的进步,LED应用亦日渐多元化,由早期的电源指示灯,进展至具有省电、寿命长、可视度高等优点之LED照明产品。然而由于高功率LED输入功率仅有1520%转换成光,其余8085%则转换成热,若这些热未适时排出至外界,那么将会使LED晶粒界面温度过高而影响发光效率及发光寿命。
      LED发展 散热是关键
      随着LED材料及封装技术的不断演进,促使LED产品亮度不断提高,LED的应用越来越广,并为LED产业提供一个稳定成长的市场版图。以LED作为显示器的背光源,更是近来热门的话题,从小尺寸显示器背光源逐渐发展到中大尺寸LCD TV背光源,颇有逐步取代CCFL背光源的架势。主要是LED在色彩、亮度、寿命、耗电度及环保诉求等均比传统冷阴极管(CCFL)更具优势,因而吸引业者积极投入。
      早期单芯片LED的功率不高,发热量有限,热的问题不大,因此其封装方式相对简单。但近年随着LED材料技术的不断突破,LED的封装技术也随之改变,从早期单芯片的炮弹型封装逐渐发展成扁平化、大面积式的多芯片封装模块;其工作电流由早期20mA左右的低功率LED,进展到目前的1/31A左右的高功率LED,单颗LED的输入功率高达1W以上,甚至到3W5W
      封装方式更进化
      由于高亮度高功率LED系统所衍生的热问题将是影响产品功能优劣关键,要将LED组件的发热量迅速排出至周遭环境,首先必须从封装层级(L1& L2)的热管理着手;目前的作法是将LED晶粒以焊料或导热膏接着在一均热片上,经由均热片降低封装模块的热阻抗,这也是目前市面上最常见的LED封装模块,主要来源有LumiledsOSRAMCree NichaLED国际知名厂商。
      这些LED模块在实际应用可组装在一整排呈线光源,或作成数组排列或圆形排列,再接合在一片散热基板上作为面光源。但对于许多终端的应用产品,如迷你型投影机、车用及照明用灯源,在特定面积下所需的流明量需超过上千流明或上万流明,单靠单晶粒封装模块显然不足以应付,走向多芯片LED封装,及芯片直接黏着基板已是未来发展趋势。
      在LED实际产品应用上,不论用于显示器背光源、指示灯或一般照明,通常会视需要将多个LED组装在一电路基板上。电路基板一方面扮演着承载LED模块结构,另一方面,随着LED输出功率越来越高,基板还必须扮演散热的角色,以将LED芯片产生的热传递出去,在材料选择上,因此必须兼顾结构强度及散热需求。
      需顾虑材料成本
      传统LED功率不大,散热问题不严重,只要运用一般电子用的铜箔印刷电路板即足以应付,但随着高功率LED越来越盛行,此板已不足以应付散热需求,因此需再将印刷电路板贴附在一金属板上,即所谓的metal Core PCB,以改善其传热路径。
      另外也有一种做法直接在铝基板表面直接作绝缘层或称介电层,再在介电层表面作电路层,如此LED模块即可直接将导线接合在电路层上。同时为避免因介电层的导热性不佳而增加热阻抗,有时会采取穿孔方式,以便让LED模块底端的均热片直接接触到金属基板,即所谓芯片直接黏着。
      除了金属基板外,为因应高功率LED封装及芯片直接粘着基板的发展,基板材料的选用除考虑散热性外,还必须考虑与芯片的热膨胀系数相匹配问题,以避免热应力引起的热变形及可靠度问题,因此目前国内外也在发展陶瓷基板及金属复合基板等。这些新开发的基板材料不但具有良好的散热性,同时热膨胀系数(介于4~8ppmK)与LED芯片均相匹配,唯一的缺点是价格均比一般的金属基板贵。
      聚焦无风扇散热
      其实,LED的散热组件与CPU散热相似,都是由散热片、热管、风扇及热界面材料所组成的气冷模块为主,当然水冷也是热对策之一。
      以当前最热门的大尺寸LED TV背光模块而言,40英寸及46英寸的LED背光源输入功率分别为470W550W,以其中的80%转成热来看,所需的散热量约在360W440W左右。如何将这些热量带走,有用水冷方式进行冷却,但有高单价及可靠度等疑虑;也有用热管配合散热片及风扇来进行冷却(如SONY 46” LED TV),但风扇耗电及噪音等问题。因此,如何设计无风扇的散热方式便是决定未来谁能胜出的重要关键。

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     作者 第2楼 
    bandit
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    2007-11-10 13:48:00  
      采用铝基板是一种比较好的解决方案,铝的导热系数高,可以有效的将内部热量导出,设计时尽量将PCB靠近铝底座,可以减少灌封胶部分产生的热阻。
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     作者 第3楼 
    无为
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    2007-11-12 22:17:00  
      除了散热基板的导热性能外,封装工艺也是非常重要的,希望有经验的兄弟们交流一下...
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     作者 第4楼 
    tongbu985
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    2007-11-14 10:19:00  
     

    要解决散热问题,用铝基板是肯定要的.当然它的设计方案也很重要.

    有需要铝基板的朋友找我.13723427209 彭小姐

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     作者 第5楼 
    guojing891
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    2007-12-20 9:30:00  
     

      传统指示灯型LED封装结构,一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上,由金丝完成器件内外连接后用环氧树脂封装而成,其热阻高达 250~300/W,新的大功率芯片若采用传统式的LED封装形式,将会因为散热不良而导致芯片结温讯速上升和环氧碳化变黄,从而造成器件的加速光衰直 至失效,甚至因为讯速的热膨胀所产生的应用力造成开路而失效。因此,对于大工作电流的大功率LED芯片,低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是技术关键。采用低电阻率、高导热性能的材料粘结芯片;在芯片下部加铜或铝质热沉,并采用半包封结构,加速散热;甚至设计二次散热装置,来降低器件的热阻。在器件的内部,填充透明度高的柔性硅橡胶,在硅橡胶承受的温度范围内(一般为40~200),胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路,也不会出现变黄现象。零 件材料也应充分考虑其导热。散热特性,以获得良好看整体特性。

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     作者 第6楼 
    tikyliu
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    2008-1-12 12:00:00  
     

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