大功率LED散热封装技术.ppt

发展趋势 在氮化镓材料的生长过程中，改进材料结构，优化生长参数，获得高质量的外延片；提高器件内量子效率，从根本上减少热量的产生，加快芯片结到外延层的热传导。 选择以铝基为主的MCPCB 、陶瓷、复合金属基板等导热性能好的材料作衬底，以加快热量从外延层向散热基板散发。通过优化MCPCB板的热设计，或将陶瓷直接绑定在金属基板上形成金属基低温烧结陶瓷基板，以获得热导性能好，热膨胀系数小的衬底。 选择以铝基为主的金属芯印刷电路板、陶瓷、DBC、复合金属基板等导热性能好的材料作衬底，以加快热量从外延层向散热基板散发。通过优化MCPCB板的热设计，或将陶瓷直接绑定在金属基板上形成金属基低温烧结陶瓷基板，以获得热导性能好，热膨胀系数小的衬底。 LED照明都不宜采用外部冷却装置。因此，利用压电陶瓷作为散热器，把热量转化成振动方式直接消耗热能将成为未来研究的重点之一。 经过长期研究认为，减少内部热沉数量，并采用薄膜工艺将必不可少的接口电极热沉、绝缘层直接制作在金属散热器上，能够大幅度降低总热阻，这种技术有可能成为今后大功率LED散热封装的主流方向。 That’s all Thank you! 大功率LED散热封装技术 Heat-Release Package of High Power LEDs 1、引言 2、热效应对大功率LED的影响 3、封装结构 硅基倒装芯片（FCLED）结构 金属线路板结构 微泵浦结构 半导体制冷结构 4、发展趋势 引言 LED是一种注入电致发光器件，在外加电场作用下，电子与空穴的辐射复合而发生的电致作用将一部分能量转化为光能，即量子效应，而无辐射复合产生的晶格振荡将其余的能量转化为热能。对大于1W级的大功率LED而言。目前的电光转换效率约为15％，剩余的85％转化为热能，而芯片尺寸仅为1mmx1mm-2.5mmx2.5mmm，意即芯片的功率密度很大。与传统的照明器件不同，自光LED的发光光谱中不包含红外部分，所以其热量不能依靠辐射释放。因此，如何提高散热能力是大功率LED实现产业化有待解决的关键技术难题之一。 热效应对大功率LED的影响 对于单个LED而言，如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出，则会导致芯片的温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明，当温度超过一定值时，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每上升2℃，可靠性将下降10%。为了保证器件的寿命，一般要求pn结的结温在110℃以下。 随着pn结的温升，白光LED器件的发光波长将发生红移。据统计资料表明，在100 ℃的温度下，波长可以红移4-9nm，从而导致YAG荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应减少1％左右，当器件从环境温度上升到120℃时，亮度下降多达35％。当多个LED密集排列组成白光照明系统时，热量的耗散问题更严重。因此，解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。 硅基倒装芯片（FCLED）结构 传统的LED采用正装结构，上面通常涂敷一层环氧树脂，采用蓝宝石作为衬底。 钱可元, 郑代顺, 罗毅．GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析[J]. 半导体光电, 2006, 27(3)：236-239． 图1、正面出光大功率LED芯片结构示意图 由于环氧树脂的导热能力很差，蓝宝石又是热的不良导体，热量只能靠芯片下面的引脚散出，因此前后两方面都造成散热困难，影响了器件的性能和可靠性。 2001年．Lumileds公司研制出了AlGaInN功率型封装芯片结构。 图2、倒装焊大功率LED芯片结构示意图 这样，大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底，而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传到金属底座。由于其有源发热区更接近于散热体，因此可降低内部热沉热阻。这种结构的热阻理论计算最低可达到1.34K／W．实际已作到6-8K／W，出光率也提高了60％左右。 但是，热阻与热沉的厚度是成正比的，因此受硅片机械强度与导热性能所限。很难通过减薄硅片来进一步降低内部热沉的热阻，这就制约了其传热性能的进一步提高。 金属线路板结构 金属线路板结构利用铝等金属具有极佳的热传导性质，将芯片封装到覆有几毫米厚的铜电极的PCB板上，或者将芯片封装在金属夹芯的PCB板上，然后再封装到散热片上，以解决LED因功率增大所带来的散热问题。采用该结构能获得良好的散热特性，并大大提高了LED的输入功率。美国UOE公司的Norlux系列LED