淺析BQ-6886系列大功率LED導熱導電銀膠

LED封裝 是一個涉及到多學科(如光學 、熱學、機械、電學、力學、材料、半導體 等)的研究課題。從某種角度而言,LED封裝不僅是一門制造技術,而且也是一門基礎科學,良好的封裝需要對熱學、光學、材料和工藝力學等物理本質的理解和應用。Uninwell International BQ-6886系列導電銀膠是IED生產封裝中不可或缺的一種膠水,其對導電銀膠的要求是導電、導熱性能要好,剪切強度要大,并且粘結力要強。以下簡單分析下Uninwell International BQ-6886系列大功率LED 導熱導電銀膠。

　　Uninwell International作為世界高端電子膠粘劑的領導品牌,公司以“您身邊的高端電子粘結防護專家”為服務宗旨。Uninwell International開發(fā)的導電銀膠、導電銀漿、鈀銀漿料、導電金膠、鉑金導電膠、鈀鉑銀漿、導電銅漿、導電鋁漿、導電鎳漿、導電碳漿、太陽能 導電漿料、濺射靶材、無鉛錫膏、異方性導電膠、Tuff y膠、UV膠、光刻膠、導電導熱相變材料、底部填充膠、貼片紅膠等系列電子膠粘劑具有很高的性價比,公司在全球擁有145家世界五百強客戶。Uninwell International是全球導電銀漿產品線最齊全的企業(yè),產品涵蓋常溫固化、低溫固化、中溫固化、高溫固化、UV固化、光刻、低溫燒結、中溫燒結、高溫燒結等固化方式。

　　導電銀膠廣泛應用于：PV 太陽能電池 組件、TP觸摸屏、RFID 射頻 識別電子標簽、汽車電子 、電子紙 、LED 、TR、IC 、PCB 、FPC、CSP、FC、VFD、ITO、EL冷光片、CMOS 模組、LCM模組、PFD平板顯示 器、LCD 液晶 顯示 、PDP等離子 顯示、OLED 有機電致發(fā)光顯示 、薄膜開關 、鍵盤、傳感器 、光電 器件、通訊電子、微波通訊、醫(yī)療電子 、無源器件、厚膜電路、壓電晶體、集成電路 等領域。公司的BQ-6886系列導電銀漿是一款高導熱型;適用于發(fā)光二極管(LED),大功率 高亮度LED 及其他發(fā)光器件 粘結的高端電子膠粘劑。

　　Uninwell 作為全球導電導熱的領導廠商,對導電和導熱有很深刻的把握,基于總體導熱和導電的理念, 集合公司應用于其他行業(yè),如(CPV 聚光太陽能 電池)的導熱散熱設計材料,提出用于大功率 LED 散熱和導熱總體解決方案。Uninwell 大功率 LED 散熱和導熱材料主要涉及以下幾個環(huán)節(jié)：

　　1、 晶片 PN 結到外延層;

　　2、 外延層到封裝基板;

　　3、 封裝基板到外部冷卻裝置再到空氣。

　　一、大功率 LED 用高導熱導電銀膠解決晶片 PN 結到外延層散熱問題

　　Uninwell International BQ-6886 系列大功率 LED 導電銀膠高導熱導電銀膠具有導電性好、剪切力強、 流變性也很好、并且吸潮性低。特別適合大功率高亮度 LED 的封裝。此高導熱銀膠導熱系數為：25.8 剪 切強度為：14.7,為行業(yè)之最。

　　長久以來,顯示應用一直是 LED 的主要訴求,對于 LED 的散熱性要求不甚高的情況下,LED 多利用傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂基板進行封裝。2000 年以后,隨LED 高輝度化與高效率化技術發(fā)展,再加上藍光 LED 發(fā)光效 率大幅改善,與LED 制造 成本持續(xù)下滑,讓 LED 應用范圍、及有意愿采用 LED 的產業(yè)范圍不斷擴增,包括液晶、家電 、汽車等業(yè) 者,也開始積極考慮應用 LED 的可能性,例如消費性產品業(yè)者對于高功率 LED 的期待是,能達到省電、 高輝度、長使用壽命、高色再現性,這代表著達到高散熱性能力,是高功率 LED 封裝基板不可欠缺的條件 。此外,液晶面板 業(yè)者面臨歐盟 RoHS 規(guī)范,需正視將冷陰極燈管全面無水銀化的環(huán)保壓力,造成市場對 于大功率 LED 的需求更加急迫。LED 封裝除了保護內部 LED 芯片外,還兼具 LED 芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。

　　二 高導熱導電銀膠 BQ-6886 成為大功率 LED 固晶散熱新趨勢

　　現在單顆 LED 達到上百流明 ,這已經不是什么大問題了,主要的問題是,如何去處理散熱?接下來在產生這么大的流明后,如何維持亮度的穩(wěn)定與持續(xù)性,這又是另一個重要課題,若熱處理沒有做好的話,LED 的亮 度和壽命會下降很快,對于 LED 來說,如何做到有效的可靠度和熱傳導,是非常重要。

　　以往 LED 是使用低熱傳導率樹脂進行封裝,不過這被視為是影響散熱特性的原因之一,此外,環(huán)氧樹脂 耐熱性比較差,可能會出現的情況是,在 LED 芯片本身的壽命未到達前,環(huán)氧樹脂就已呈現變色情況,因 此,提高散熱性已是重要關鍵。除此之外,不僅因為熱現象會對環(huán)氧樹脂產生變化,甚至短波長也會對環(huán)氧樹脂造成問題,這是因為白 光 LED 發(fā)光光譜中,也包含短波長光線,而環(huán)氧樹脂卻相當容易受白光 LED 中的短波長光線破壞,即使 是低功率白光 LED,已能使環(huán)氧樹脂破壞現象加劇,更何況高功率白光 LED 所發(fā)出的短波長光線更多,惡 化自然比低功率款式更加快速,甚至有些產品在連續(xù)點亮后的使用壽命僅 5,000 小時,甚至更短!所以,與其不斷克服因舊有封裝材料帶來的變色困擾,不如朝尋求新 1 代的封裝材料努力。

　　Uninwell International 研制的 BQ-6886 系列大功率 LED 銀膠是中等粘度、高粘接強度的高導熱導電銀膠。適用于發(fā)光二極管(LED)、尤其是大功率型 LED封裝。考慮到LED 芯片至封裝體的熱傳導,可以采用膠體來把熱量傳導出去的方式,對于 GaAs、SiC 導電襯底,具有背面電極 的紅光、黃光、黃綠芯片,就可以采用高導熱導電銀膠 BQ-6886 系列。

　　大功率LED封裝涉及光、熱、電、結構與工藝等很多方面,這些因素彼此既相互獨立,又相互影響,以上提到的兩點只是部分,最后封裝完成的產品質量主要還是得看產品整體的匹配度。良好的封裝需要對熱學、光學、材料和工藝力學等物理本質的理解和應用。LED封裝設計應與芯片設計同時進行,并且需要對光、熱、電、結構等性能統(tǒng)一考慮。在封裝過程中,雖然材料(散熱基板、熒光粉、灌封膠)選擇很重要,但封裝結構(如熱學界面、光學界面)對LED光效和可靠性影響也很大,大功率白光LED 封裝更是需要采用一些新材料,新工藝,新思路。對于LED燈具 而言,更是需要將光源、散熱、供電和燈具等集成考慮。

　　下面簡單介紹下Uninwell International 的整體散熱方案

　　1、LED 芯片至封裝體的熱傳導：采用膠體來把熱量傳導出去,對于 GaAs、SiC 導電襯底,具有背面 電極的紅光、黃光、黃綠芯片,可以采用高導熱導電銀膠： BQ-6886 系列,對于藍寶石絕緣襯底的藍光、 綠光 LED 芯片,采用導熱絕緣膠 FS-1100 來固定芯片。

　　2、封裝體至外部的熱傳導：采用陶瓷或者金屬高散熱基板材料來把熱量傳導至外部。Uninwell 導熱層采用金屬 LED 封裝基板采鋁或者銅等高導熱材料,絕緣層采用公司獨有的高導熱絕緣漿料,此系列導熱絕 緣材料擁有高熱傳導性、加工性、電磁波遮蔽性、耐熱沖擊性等金屬特性,厚度方面通常大于1mm,廣泛 應用在 LED 燈具模塊,與照明模塊等。

　　3、高導熱可撓曲基板：Uninwell 采取的工藝是在絕緣層黏貼金屬箔,雖然基本結構與傳統(tǒng)撓曲基板完 全相同,不過在絕緣層方面,是采用公司獨有的軟質可擾樹脂充填高熱傳導性無機填充物,因此具有 20W/m K 的高熱傳導性,同時還兼具柔軟可撓曲、高熱傳導特性與高可靠性,此外可撓曲基板還可以依照客戶 需求,可將單面單層板設計成單面雙層、雙面雙層結構。根據實驗結果顯示,客戶使用 Uninwell 高熱傳導撓曲基板時,LED 的溫度大約降低攝氏 100 度,這代表著溫度造成 LED 使用壽命降低的問題,將可因變更基板設計而大幅改善。

　　當然,僅僅依賴封裝基板,往往無法滿足實際需求,因此基板外圍材料的配合也變得更加重要,例如可以配合 3W/m K 的 Uninwell 導熱導電相變材料 BQ-9111 和 Uninwell 導熱絕緣相變材料 BQ-9666,就能夠更加有效再提高其散熱性。

　　總之,Uninwell 最近提出的 LED 散熱解決方案,是以總體散熱和熱阻的觀念為基礎,熱阻要低不僅僅 是要用對導熱膠,還要改善導熱膠所接合的各種介質的介面熱阻：例如磊晶與基板,基板與散熱模組。如 果在磊晶黏著時,就以高導熱導電銀膠 BQ-6886 系列來固晶,電路板與導熱基板間也采用高導熱絕緣漿料 FS-2800,再與 Uninwell 獨有的散熱基板 FS-3800 系列黏合,就能徹底降低總體熱阻,讓 LED 效率更為的有效發(fā)揮。