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改善加熱變色性 - 表面封裝型LED散熱與O2PERA

2011年11月14日 17:10 電子發(fā)燒友網 作者:秩名 用戶評論(0
改善加熱變色性的技術

  改善加熱變色性的方法,分別如下:

  (1)提高樹脂的耐熱性(提高玻璃轉移點的溫度)。

  (2)添加防氧化劑。

  (3)主劑的雙重結合,降低容易氧化的部位。

  有關第(1)項,一般認為可以透過環(huán)氧樹脂與硬化劑的組合,可望獲得改善。

  有關第(2)項,研究人員開始檢討防氧化劑的添加量與相性。

  有關第(3)項,采用脂環(huán)式環(huán)氧樹脂,可以解決特性面的問題。

  提高白色度與反射率

  為了使基板白色化,必需將白色顏料添加于樹脂內,該白色顏料的選擇會直接反映在基板的反射率,因此它是非常重的項目。適合LED基板的白色顏料必需選用「在可視光領域的反射率很高,即使低波長它的反射率也不會降低的材料」,二氧化鈦比較接近上述要求,其它候補材料則有氧化鋅、鋁等等?;迦籼砑佣趸?,可以提高初期白色度與反射率,缺點是熱與紫外線會使有機部份迅速變色。此外若添加填充材料,基板的剛性會提高、熱變形溫度也隨著變高,它可以提升芯片封裝時的導線固定性與加工時的良率。

  白色積層板材料

  圖5是日本業(yè)者開發(fā)的粘貼銅箔白色積層板“CS-3965H”的分光反射率。如圖所示CS-3965H的分 光反射率,從近紫外(波長420nm)開始站立,在可視光全波長領域達到87%。如果基板變色時,在藍光領域(波長450nm)的反射率會降低。

  

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  圖6是“CS-3965H”經過加熱與紫外線照射后的藍光反射率變化特性,如圖所示CS-3965H銅箔白色積層板的變色非常低,由于CS-3965H的初期反射率很高,熱與紫外線照射后的反射率變化卻非常低,非常適用于高輝度LED的封裝。

  

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  高功率LED的散熱設計

  白光LED已經開始應用在一般照明與汽車等領域,投入LED的電力也從過去數(shù)十mW提高數(shù)W等級,因此發(fā)熱問題更加表面化。

  所謂熱問題是指隨著投入電力的增加,LED芯片的溫升造成光輸出降低。有效對策除了改善芯片的特性之外,搭載LED芯片的封裝材料與結構檢討也非常重要。樹脂封裝方式是目前市場的主流,由于樹脂的熱傳導率很低,因此經常成為影響熱問題的原因之一,目前常用對策是將金屬導入樹脂封裝結構,或是采用高熱傳導率陶瓷材料。

  LED高功率化必需進行以下檢討,分別是:

  (1)芯片大型化

  (2)大電流化

  (3)芯片本身的發(fā)光效率改善

  (4)高效率取光封裝結構

  其中最簡單的方法是增加電流量,使光量呈比例性增加,不過此時LED芯片產生的熱量會增加。圖7是電流投入LED芯片時的放射照度量測結果,如圖所示在高輸出領域放射照度呈飽和、衰減狀,主要原因是LED芯片發(fā)熱所致,為實現(xiàn)LED芯片高輸出化,必需進行有效的熱對策。

  接著介紹應用陶瓷特性的封裝技術。

  封裝的功能

  封裝主要目的是保護內部組件,使內部組件與外部作電氣性連接,促進發(fā)熱的內部組件散熱。對LED芯片而言,封裝的目的是使光線高效率放射到外部,因此要求封裝材料具備高強度、高熱傳導性與高反射性。

  陶瓷封裝的優(yōu)點

  陶瓷材料幾乎網羅上述所有要求特性,非常適合當作LED的封裝。表2是主要陶瓷材料的物性,如表2所示陶瓷材料的耐光劣化性,與耐熱性比傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂更優(yōu)秀。

  目前高散熱封裝結構是將LED芯片固定在金屬板上周圍包覆樹脂,此時芯片材料與金屬的熱膨脹差異非常大,LED芯片封裝時與溫度變化的環(huán)境下,產生的熱歪斜極易引發(fā)LED芯片缺陷,造成發(fā)光效率降低、發(fā)熱等問題,隨著芯片大型化,未來熱歪斜勢必更嚴重。陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)接近LED芯片,因此陶瓷被認為是解決熱歪斜最有效的材料之一。

  封裝結構

  照片1是高輸出LED用陶瓷封裝的實際外觀;圖8是陶瓷封裝的構造范例,圖中的反射器電鍍銀膜,可以提高光照射效率 。圖8(c)是應用多層技術,使陶瓷與反射器成形一體結構。

  

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陶瓷封裝結構

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  為了使發(fā)熱的LED芯片正常動作,必需考慮適當?shù)纳嵯到y(tǒng),這意味著封裝已經成為散熱組件的一部份。接著介紹有關散熱的處理方式。

  

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( 發(fā)表人:小蘭 )

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