表面封裝型LED散熱與O2PERA

　　(3)芯片本身的發(fā)光效率改善

　　(4)高效率取光封裝結(jié)構(gòu)

　　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(shí)LED芯片產(chǎn)生的熱量會(huì)增加。圖7是電流投入LED芯片時(shí)的放射照度量測結(jié)果，如圖所示在高輸出領(lǐng)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(shí)現(xiàn)LED芯片高輸出化，必需進(jìn)行有效的熱對(duì)策。

　　接著介紹應(yīng)用陶瓷特性的封裝技術(shù)。

　　封裝的功能

　　封裝主要目的是保護(hù)內(nèi)部組件，使內(nèi)部組件與外部作電氣性連接，促進(jìn)發(fā)熱的內(nèi)部組件散熱。對(duì)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(qiáng)度、高熱傳導(dǎo)性與高反射性。

　　陶瓷封裝的優(yōu)點(diǎn)

　　陶瓷材料幾乎網(wǎng)羅上述所有要求特性，非常適合當(dāng)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(jié)構(gòu)是將LED芯片固定在金屬板上周圍包覆樹脂，此時(shí)芯片材料與金屬的熱膨脹差異非常大，LED芯片封裝時(shí)與溫度變化的環(huán)境下，產(chǎn)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(yán)重。陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)接近LED芯片，因此陶瓷被認(rèn)為是解決熱歪斜最有效的材料之一。

　　封裝結(jié)構(gòu)

　　照片1是高輸出LED用陶瓷封裝的實(shí)際外觀;圖8是陶瓷封裝的構(gòu)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(yīng)用多層技術(shù)，使陶瓷與反射器成形一體結(jié)構(gòu)。

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

　　散熱設(shè)計(jì)必需考慮如何使LED芯片產(chǎn)生的熱透過筐體釋放到外部。圖9是LED Lamp內(nèi)部的熱流與封裝內(nèi)側(cè)理想熱擴(kuò)散模式。

　　

　　如圖9右側(cè)實(shí)線所示，高熱擴(kuò)散性封裝的內(nèi)側(cè)(P~Q之間)溫度分布非常平坦，熱可以擴(kuò)散至封裝整體，而且還非常順暢流入封裝基板內(nèi)，因此LED芯片正下方的溫度大幅下降。

　　圖10是利用熱模擬分析確認(rèn)該狀態(tài)獲得的結(jié)果，該圖表示定常狀態(tài)溫度分布，與單位面積時(shí)的單位時(shí)間流動(dòng)的熱量，亦即熱流束的分布狀況。由圖可知使用高熱傳導(dǎo)材料的場合，封裝內(nèi)部的溫差會(huì)變小，此時(shí)并未發(fā)現(xiàn)熱流集中在局部，封裝內(nèi)部的熱擴(kuò)散性因而大幅提高。

　　

　　陶瓷是由鋁或是氮化鋁制成，若與目前常用的封裝材料環(huán)氧樹脂比較，鋁質(zhì)陶瓷的熱傳導(dǎo)率是環(huán)氧樹脂的55倍，氮化鋁陶瓷的熱傳導(dǎo)率是環(huán)氧樹脂的400倍。此外金屬板的熱傳導(dǎo)率大約是200W/mK，鋁的熱傳導(dǎo)率大約是400W/mK左右，要求高熱傳導(dǎo)率的封裝，大多使用金屬作base。

　　LED芯片接合劑的功能

　　半導(dǎo)體芯片接合劑使用的材料有環(huán)氧系、玻璃、焊錫、金共晶合金等等。LED芯片用接合劑除了高熱傳導(dǎo)性之外，基于接合時(shí)降低熱應(yīng)力等觀點(diǎn)，要求低溫接合、低楊氏系數(shù)等特性，符合要求的在環(huán)氧系有“添加銀的環(huán)氧樹脂”，共晶合金則有“Au -20% Sn”等等。