LED散熱之LED基板技術研究
上傳人:Tom整理 上傳時間: 2010-12-01 瀏覽次數: 463 |
LED發光時所產生的熱量如果無法散出,將直接導致LED溫度過高,從而影響LED產品生命周期、發光效率、穩定性,而LED結面溫度、發光效率及壽命之間的關系。
圖一為LED結面溫度與發光效率之關系圖,當結面溫度由25℃上升至100℃時,其發光效率將會衰退20%到75%不等,其中又以黃色光衰退75%最為嚴重。此外,當LED的操作環境溫度愈高,其產壽命亦愈低(如圖二所示),當操作溫度由63℃升到74℃時,LED平均壽命將會減少3/4。因此,要提升LED的發光效率,LED系統的熱散管理與設計便成為了一重要課題,在了解LED散熱問題之前,必須先了解其散熱途徑,進而針對散熱瓶頸進行改善。
LED結面溫度與發光效率(圖一)
LED溫度越高,壽命越低(圖二)
一、LED散熱途徑
依據不同的封裝技術,其散熱方法亦有所不同,而LED各種散熱途徑方法約略可以下圖三示意之:
LED各種散熱途徑(圖三)
散熱途徑說明:
1. 從空氣中散熱
2. 熱能直接由System circuit board導出
3. 經由金線將熱能導出
4. 若為共晶及Flip chip制程,熱能將經由通孔至系統電路板而導出
一般而言,LED顆粒(Die)以打金線、共晶或覆晶方式連結于其基板上(Substrate of LED Die)而形成一LED芯片( chip),而后再將LED芯片固定于系統的電路板上(System circuit board)。因此,LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱(如圖三途徑1所示),或經由LED顆粒基板至系統電路板再到大氣環境。而散熱由系統電路板 至大氣環境的速率取決于整個發光燈具或系統之設計。
然而,現階段的整個系統之散熱瓶頸,多數發生在將熱量從LED顆粒傳導至其基板再到系統電路板為主。此部分的可能散熱途徑:其一為直接藉由晶?;迳嶂?系統電路板(如圖三途徑2所示),在此散熱途徑里,其LED顆?;宀牧系臒嵘⒛芰礊橄喈斨匾膮怠A硪环矫?,LED所產生的熱亦會經由電極金屬導線 而至系統電路板,一般而言,利用金線方式做電極接合下,散熱受金屬線本身較細長之幾何形狀而受限(如圖三途徑3所示);因此,近來即有共晶 (Eutectic) 或覆晶(Flip chip)接合方式,此設計大幅減少導線長度,并大幅增加導線截面積,如此一來,由LED電極導線至系統電路板之散熱效率將有效提升(如圖三途徑4所示)。
經由以上散熱途徑解釋,可得知散熱基板材料的選擇與其LED顆粒的封裝方式于LED熱散管理上占了極重要的一環,后段將針對LED散熱基板做概略說明。
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