基于LTCC的功率LED封装的建议.docVIP

基于LTCC的高功率LED封装的建议 摘要 多层陶瓷金属多层陶瓷金属 简介 从简单的信号指示器，背光的液晶面板、 室外屏、 汽车的指标以及交通信号灯，固态照明 (SSL)，扩大了其应用。现在，由于环境亲和性和能源效率SSL可望成为最有前途的一般照明解决方案和从多要求高光通量的应用。为了符合这些要求需要提供可靠包装技术，以及更有高效的发光二极管 (LED)。提出了各种高功率 LED 封装 (PKGs)。[1] Lumileds 的 Luxeon 和欧司朗的金龙 [2]是代表。这些封装,配备大体积内嵌式散热的金属。凭借内嵌式的金属，抗热性的 PKGs远低于传统 LED封装。但是，大多数基于高功率PKGs的引线框架体积大，占用电路的板面积多。 陶瓷PKG的优点是表面小，能在高温、 紫外线辐射、 保持长期稳定的耐力。由于形成多层电路能力，陶瓷PKG可以方便地制作照明模块包括高反射金属层、 信号通过单独的 PKGs 与焊接模式之间的互连。如要求高功率Led在恶劣的环境的应用，例如汽车发动机室、沙漠或海，在高温、 高紫外线辐射或腐蚀性化学品，稳定性已变得越来越重要。特别是白光LED 结合紫外发光 LED 和多彩色荧光粉将会在一年内盛行，在紫外线辐射中材料的稳定性将成为LED封装中最关键的问题之一，而陶瓷材料将大有前途 [3]。 然而，陶瓷PKGs的大规模应用高功率LED封装主要是由于陶瓷材料低导热系数和成本方面而推迟。例如氧化铝 （氧化铝、 Al2O3） 的热导率是约 50 W/m.K。在低温度情况下Co-fired 陶瓷 (LTCC)，这是一种结合氧化铝和玻璃的材料，热导率是约 5 W/m.K。氮化铝 （AlN） 将是唯一的例外，因为其导热系数达到 180 W/m?K。不过，高贵的陶瓷的大规模应用减缓主要得益于原料成本和先进的制造工艺面。在此研究中，我们将提出一个全新的 PKG 结构结合传统的金属引线框架优势的PKGs和陶瓷的PKGs，这意味着新的PKG结构的热阻，将相当于现有的 PKGs，并且它在设计方面的更灵活、商业化。 多层结构的陶瓷金属封装 大部分的高功率的现有封装，功于合金弹头或散热片以降低热阻。通过金属嵌条消散从LED 芯片产生的热量并将其传输到外环境中。然而，陶瓷封装除了电子导电的小直径的孔外并没有这样的设备。热阻主要取决于陶瓷材料的热导率，陶瓷封装本身并发挥导热的作用了。有许多试图改善陶瓷封的装热性能 [4] [5] [6]。大部分的尝试集中在陶瓷材料附加金属导热。LTCC-M （低温共烧陶瓷金属）技术或过孔阵列具有代表性。然而，低温共烧陶瓷- M的技术需要多余的钎焊或焊接工艺。通孔的阵列可能是在传统LED的芯片尺寸300微米× 300微米，功率小于0.1瓦特。不幸的是，在大多数情况下，商用通孔直径在200微米之间，过孔之间的距离应大于2.5倍的直径。考虑到大部分高功率LED芯片尺寸大于1.0毫米× 1.0毫米，通过传统的阵列截面面积对于高功率LED的热传输路径不足够。提高陶瓷基板的热导率的工作由M. A. Zampino开拓。在研究中，他们将热通过直径扩大达 1.1 毫米从而获得的 255 W /m?K 热导率通过阵列，超过普通的金属。在此研究中，我们吸收了基于成高功率LED封装的LTCC的热通道德余热。原因是我们把重点放在LED 封装的特点LTCC的热通道上；即使高功率 Led 的热负荷超过 100 W/cm2，相比普通的硅芯片 上的热负荷限制在一个小区域。鉴于via slug大小是相当于LED晶粒尺寸，它将作为有效的散热片。 图。 1。MLCMP结构 图。 2。MLCMP制造工艺（一）绿色板材贴合（二）冲孔（三）金属灌装（四）射击（五）反射附件（六）芯片安装（）封装 图3金属陶瓷界面的横截面 如图 3 所示，在金属-陶瓷界面形态没有包含任何其大小足以使热性能致命的的空隙或空腔。在聚合物的蒸发和烧结的过程中陶瓷和金属之间形成微小的空隙。从上述观点和先前的工程，我们认为陶瓷和金属材料的物理和热性能是几乎等同于散状物料。[7] 在先例的工作，烧结银磁带的导热系数是约 300 W/m.K，即实际上兼容的大容量银为400 W/m.K。在以下的模拟部分中，热导率通过辅助信息被设置为300 W/m.K。 评价方法 多层陶瓷金属热电阻为数值计算和实验。在数值的评估中，多层陶瓷金属与散热片式 PKG（Lumileds’ Luxeon），和氮化铝基陶瓷PKG进行比较.在实验的评估中，瞬态热分析仪用来测量抗热性MLCMP的工作样本。 组件 材料 厚度 密度kg/m3 比热J/kg·K 热导率W/m ·K Heat slug Copper --- 8880 375 350 Via slug Silver, sinter