什么是高功率LED封裝?高功率LED封裝可選基板有哪些?
今天,小編將在這篇文章中為大家?guī)砀吖β?a href="/tags/LED" target="_blank">LED的有關(guān)報(bào)道,通過閱讀這篇文章,大家可以對它具備清晰的認(rèn)識,主要內(nèi)容如下。
一、高功率LED封裝
高功率LED是指擁有大額定工作功率的發(fā)光二極管。普通LED功率一般為0.05W、工作電流為20mA,而高功率LED可以達(dá)到1W、2W、甚至數(shù)十瓦,工作電流可以是幾十毫安到幾百毫安不等。由于高功率LED在光通量、轉(zhuǎn)換效率和成本等方面的制約,因此決定了大功率白光LED短期內(nèi)的應(yīng)用主要是一些特殊領(lǐng)域的照明,中長期目標(biāo)才是通用照明。
高功率LED封裝主要涉及光、熱、電、結(jié)構(gòu)與工藝等方面。這些因素彼此既相互獨(dú)立,又相互影響。其中,光是LED封裝的目的,熱是關(guān)鍵,電、結(jié)構(gòu)與工藝是手段,而性能是封裝水平的具體體現(xiàn)。從工藝相容性及降低生產(chǎn)成本而言,LED封裝設(shè)計(jì)應(yīng)與晶片設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行,即晶片設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮到封裝結(jié)構(gòu)和工藝。否則,等晶片制造完成后,可能由于封裝的需要對晶片結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,從而延長了產(chǎn)品研發(fā)周期和工藝成本,有時(shí)甚至不可能。
具體而言,高功率LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)包括:
(一)低熱阻封裝工藝
(二)高取光率封裝結(jié)構(gòu)與工藝
(三)陣列封裝與系統(tǒng)集成技術(shù)
(四)封裝大生產(chǎn)技術(shù)
(五)封裝可靠性測試與評估
二、高功率LED封裝可選基板
1、封裝基板業(yè)者積極開發(fā)可撓曲基板
可撓曲基板的主要用途大多集中在布線用基板,以往高功率晶體管與IC等高發(fā)熱元件幾乎不使用可撓曲基板,最近幾年液晶顯示器為滿足高輝度化需求,強(qiáng)烈要求可撓曲基板可以高密度設(shè)置高功率LED,然而LED的發(fā)熱造成LED使用壽命降低,卻成為非常棘手的技術(shù)課題,雖然利用鋁板質(zhì)補(bǔ)強(qiáng)板可以提高散熱性,不過卻有成本與組裝性的限制,無法根本解決問題。
高熱傳導(dǎo)撓曲基板在絕緣層黏貼金屬箔,雖然基本結(jié)構(gòu)則與傳統(tǒng)撓曲基板完全相同,不過絕緣層采用軟質(zhì)環(huán)氧樹脂充填高熱傳導(dǎo)性無機(jī)填充物的材料,具有與硬質(zhì)金屬系封裝基板同等級8W/mK的熱傳導(dǎo)性,同時(shí)兼具柔軟可撓曲、高熱傳導(dǎo)特性與高可靠性。此外可撓曲基板還可以依照客戶需求,將單面單層面板設(shè)計(jì)成單面雙層、雙面雙層結(jié)構(gòu)。
高熱傳導(dǎo)撓曲基板的主要特征是可以設(shè)置高發(fā)熱元件,并作三次元組裝,亦即可以發(fā)揮自由彎曲特性,進(jìn)而獲得高組裝空間利用率。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示使用高熱傳導(dǎo)撓曲基板時(shí),LED的溫度約降低100C,此意味溫度造成LED使用壽命的降低可望獲得改善。
有關(guān)類似照明用LED模塊的散熱特性,單靠封裝基板往往無法滿足實(shí)際需求,因此基板周邊材料的配合變得非常重要,例如配合3W/mK的熱傳導(dǎo)性膜片,可以有效提高LED模塊的散熱性與組裝作業(yè)性。
2、陶瓷封裝基板對熱歪斜非常有利
如上所述白光LED的發(fā)熱隨著投入電力強(qiáng)度的增加持續(xù)上升,LED芯片的溫升會造成光輸出降低,因此LED封裝結(jié)構(gòu)與使用材料的檢討非常重要。以往LED使用低熱傳導(dǎo)率樹脂封裝,被視為影響散熱特性的原因之一,因此最近幾年逐漸改用高熱傳導(dǎo)陶瓷,或是設(shè)有金屬板的樹脂封裝結(jié)構(gòu)。LED芯片高功率化常用方式分別包括了:LED芯片大型化、改善LED芯片發(fā)光效率、采用高取光效率封裝,以及大電流化等等。
雖然提高電流發(fā)光量會呈比例增加,不過LED芯片的發(fā)熱量也會隨著上升。因?yàn)樵诟咻斎腩I(lǐng)域放射照度呈現(xiàn)飽和與衰減現(xiàn)象,這種現(xiàn)象主要是LED芯片發(fā)熱所造成,因此LED芯片高功率化時(shí),首先必須解決散熱問題。
LED的封裝除了保護(hù)內(nèi)部LED芯片之外,還兼具LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。LED封裝要求LED芯片產(chǎn)生的光線可以高效率取至外部,因此封裝必須具備高強(qiáng)度、高絕緣性、高熱傳導(dǎo)性與高反射性,令人感到意外的是陶瓷幾乎網(wǎng)羅上述所有特性,此外陶瓷耐熱性與耐光線劣化性也比樹脂優(yōu)秀。
傳統(tǒng)高散熱封裝是將LED芯片設(shè)置在金屬基板上周圍再包覆樹脂,然而這種封裝方式的金屬熱膨脹系數(shù)與LED芯片差異相當(dāng)大,當(dāng)溫度變化非常大或是封裝作業(yè)不當(dāng)時(shí)極易產(chǎn)生熱歪斜,進(jìn)而引發(fā)芯片瑕疵或是發(fā)光效率降低。
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