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改善加热变色性 - 表面封装型LED散热与O2PERA

2011年11月14日 17:10 电子发烧友网 作者:秩名 用户评论(0
改善加热变色性的技术

  改善加热变色性的方法,分别如下:

  (1)提高树脂的耐热性(提高玻璃转移点的温度)。

  (2)添加防氧化剂。

  (3)主剂的双重结合,降低容易氧化的部位。

  有关第(1)项,一般认为可以透过环氧树脂与硬化剂的组合,可望获得改善。

  有关第(2)项,研究人员开始检讨防氧化剂的添加量与相性。

  有关第(3)项,采用脂环式环氧树脂,可以解决特性面的问题。

  提高白色度与反射率

  为了使基板白色化,必需将白色颜料添加于树脂内,该白色颜料的选择会直接反映在基板的反射率,因此它是非常重的项目。适合LED基板的白色颜料必需选用「在可视光领域的反射率很高,即使低波长它的反射率也不会降低的材料」,二氧化钛比较接近上述要求,其它候补材料则有氧化锌、铝等等。基板若添加二氧化钛,可以提高初期白色度与反射率,缺点是热与紫外线会使有机部份迅速变色。此外若添加填充材料,基板的刚性会提高、热变形温度也随着变高,它可以提升芯片封装时的导线固定性与加工时的良率。

  白色积层板材料

  图5是日本业者开发的粘贴铜箔白色积层板“CS-3965H”的分光反射率。如图所示CS-3965H的分 光反射率,从近紫外(波长420nm)开始站立,在可视光全波长领域达到87%。如果基板变色时,在蓝光领域(波长450nm)的反射率会降低。

  

 

  图6是“CS-3965H”经过加热与紫外线照射后的蓝光反射率变化特性,如图所示CS-3965H铜箔白色积层板的变色非常低,由于CS-3965H的初期反射率很高,热与紫外线照射后的反射率变化却非常低,非常适用于高辉度LED的封装。

  

 

  高功率LED的散热设计

  白光LED已经开始应用在一般照明与汽车等领域,投入LED的电力也从过去数十mW提高数W等级,因此发热问题更加表面化。

  所谓热问题是指随着投入电力的增加,LED芯片的温升造成光输出降低。有效对策除了改善芯片的特性之外,搭载LED芯片的封装材料与结构检讨也非常重要。树脂封装方式是目前市场的主流,由于树脂的热传导率很低,因此经常成为影响热问题的原因之一,目前常用对策是将金属导入树脂封装结构,或是采用高热传导率陶瓷材料。

  LED高功率化必需进行以下检讨,分别是:

  (1)芯片大型化

  (2)大电流化

  (3)芯片本身的发光效率改善

  (4)高效率取光封装结构

  其中最简单的方法是增加电流量,使光量呈比例性增加,不过此时LED芯片产生的热量会增加。图7是电流投入LED芯片时的放射照度量测结果,如图所示在高输出领域放射照度呈饱和、衰减状,主要原因是LED芯片发热所致,为实现LED芯片高输出化,必需进行有效的热对策。

  接着介绍应用陶瓷特性的封装技术。

  封装的功能

  封装主要目的是保护内部组件,使内部组件与外部作电气性连接,促进发热的内部组件散热。对LED芯片而言,封装的目的是使光线高效率放射到外部,因此要求封装材料具备高强度、高热传导性与高反射性。

  陶瓷封装的优点

  陶瓷材料几乎网罗上述所有要求特性,非常适合当作LED的封装。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,与耐热性比传统环氧树脂更优秀。

  目前高散热封装结构是将LED芯片固定在金属板上周围包覆树脂,此时芯片材料与金属的热膨胀差异非常大,LED芯片封装时与温度变化的环境下,产生的热歪斜极易引发LED芯片缺陷,造成发光效率降低、发热等问题,随着芯片大型化,未来热歪斜势必更严重。陶瓷材料的热膨胀系数接近LED芯片,因此陶瓷被认为是解决热歪斜最有效的材料之一。

  封装结构

  照片1是高输出LED用陶瓷封装的实际外观;图8是陶瓷封装的构造范例,图中的反射器电镀银膜,可以提高光照射效率 。图8(c)是应用多层技术,使陶瓷与反射器成形一体结构。

  

 

  

陶瓷封装结构

 

  为了使发热的LED芯片正常动作,必需考虑适当的散热系统,这意味着封装已经成为散热组件的一部份。接着介绍有关散热的处理方式。

  

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( 发表人:小兰 )

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