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Led 散热处理方案
谈到 LED,我想很多的朋友就想到了 LED 散热,尤其是大功率的 LED。若热处理没有
做好的话,LED 的亮度和寿命会下降很快,对于LED 来说,如何做到有效的可靠度和热传导,
是非常重要。所以我们在设计 LED 产品的时候一定要考虑到散热的处理。LED 散热处理的方
案很多,主要是从结构和性能两大方面改进,我们这里
对常用的 LED 散热处理方案总结如下:
一:小功率的环氧树脂散热法:
传统的小功率 LED 散热处理方案就是在封装的时候加上小量的环氧树脂,此种方式
比较简单,我们在这里不再详细的研究。主要在封装的时候选择好环氧树脂就行。
二:可挠曲金属基板(铝基板)
环氧树脂耐热性比较差,可能会出现的情况是,在 LED 芯片本身的寿命未到达前,
环氧树脂就已呈现变色情况,因此,提高散热性已是重要关键。除此之外,不仅因为热现象
会对环氧树脂产生变化,甚至短波长也会对环氧树脂造成问题,这是因为白光 LED 发光光谱
中,也包含短波长光线,而环氧树脂却相当容易受白光LED 中的短波长光线破坏,即使是低
功率白光 LED,已能使环氧树脂 破坏现象加剧,更何况高功率白光 LED 所发出的短波长光
线更多,恶化自然比低功率款式更加快速,甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命仅 5 , 0
0 0 小时,甚至更短!所以,与其不断克服因旧有封装材料 “ 环氧树脂”带来的变色困扰,
不如朝寻求新 1代的封装材料努力。
因此最近几年逐渐改用高热传导陶瓷,或是金属树脂封装结构,就是为了解决散热、
与强化原有特性做的努力。LED 芯片高功率化常用方式是:芯片大型化、改善发光效率、采
用高取光效率的封装、及大电流化。这类做法虽然电流发光量会呈比例增加,不过发热量也
会随之上升。 对高功率 LED 封装技术上而言,由于散热的问题造成了一定程度的困扰,在
此背景下具有高成本效益的金属基板技术,就成了 LED 高效率化之后另 1 个备受关心的新发
展过去由于 LED 输出功率较小,因此使用传统 FR4 等玻璃环氧树脂封装基板,并不会造成太
大的散热问题,但应用于照明用的高功率 LED,其发光效率约为 20%~30%左右,虽芯片面积
相当小,整体消费电力也不高,不过单位面积的发热量却很大。一般来说,树脂基板的散热,
只能够支持 0.5W 以下的LED,超过 0.5W 以上的LED,多改用金属高散热基板进行封装,主
要原因是,基板的散热性直接影响 LED 寿命与性能,因此封装基板成为设计高辉度 LED 商品
的开发重点。
关于 LED 封装基板散热设计,目前大致可以分成,LED 芯片至封装体的热传导、及
封装体至外部的 热传达两大部分。使用高热传导材时,封装内部的温差会变小,此时热流
不会呈局部性集中,LED 芯片整体产生的热流,呈放射状流至封装内部各角落,所以利用高
热传导材料,可提高内部的热扩散性。就热传导的改善来说,几乎是完全仰赖材料提升来解
决问题。多数人均认为,随 LED 芯片大型化、大电流化、高功率化发展,会加速金属封装取
代传统树脂封装方式。就目前金属高散热基板材料而言,可分成硬质与可挠曲两种基板,结
构上,硬质基板属于传统金属材料,金属
LED 封装基板采铝与铜等材料,绝缘层部分,大多采充填高热传导性无机填充物,拥有高热
传导性、加工性、电磁波遮蔽性、耐热冲击性等金属特性,厚度方面通常大于 1mm,大多都
广泛应用在 LED 灯具模块,与照明模块等,技术上是与铝质基板具相同高热传导能力,在高
散热要求下,相当有能力担任高功率 LED 封装材料。
可挠曲基板的出现,原期望应用在汽车导航的 LCD 背光模块薄形化需求而开发,以
及高功率 LED 可以完成立体封装要求下产生,基本上可挠曲基板以铝为材料,是利应用铝的
高热传导性与轻量化特性,制成高密度封装基板,透过铝质基板薄
板化后,达可挠曲特性,并且也能够具高热传导特性。一般而言,金属封装基板热
传导率大约是 2W/m?K,但由于高效率 LED 的热效应更高,所以为了满足达到 4~6W/m?K 热传
导率的需要,目前已有热传导率超过 8W/m?K 的金属封装基板。由于硬质金属封装基板主要
目的是,能够满足高功率LED 的封装,因此各封装基板业
者正积极开发可以提高热传导率的技术。虽然利用铝板质补强板可以提高散热性,不过却有
成本与组装的限制,无法根本解决问题。不过,金属封装基板的缺点是,金属热膨胀系数很
大,当与低热膨胀系数陶瓷芯片焊接时,容易受热循环冲击
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