大功率LED散热技术.doc

高功率LED散热技术研究1本文得到重庆 1本文得到重庆市科技攻关计划(CSTC 2009AC 4187), 重庆大学“211工程”三期创新人才培养计划建设项目S-09109,重庆大学大型仪器设备开放基金资助。 通讯作者:方亮(1968～)，男，教授，博士生导师，主要从事半导体材料与器件和表面处理工艺的研究，Tel：023e-mail:fangliangcqu@ 钟前刚1，方 亮1,2，何建1，李艳炯1，殷波1 (1. 重庆大学应用物理系，重庆，400044) ( 2 .重庆大学光电技术及系统教育部重点试验室，重庆，400044) 摘要：散热制约了高功率LED的进一步发展。提高的散热能力是高功率LED封装和器件应用设计的关键技术问题。本文从高功率LED封装结构、封装材料、以及外部散热方案三方面进行研究。最后，提出了LED封装的趋势和研究方向。 关键字：LED散热 封装结构 散热材料 热管 半导体制冷 Study on High Power LEDs Cooling Technology ZHONG QianGang1, FANG Liang1,2, HE Jian1 , LI Yan Jiong1,Yin Bo1 (1 Department of Applied Physics, Chongqing University, Chongqing 400044；2 Key laboratory of Optoelectronic Technology and Systems of the Education Ministry of China, Chongqing University, Chongqing 400044) Abstact: Heat release has resisted more improvement of high power LEDs. How to improve the heat sinking capability is one of the key technical problems for the package and application design of device concerned with high power LEDs.In this paper,Packaging structure,packaging materes, outer packaging scheme has been analysized. At last, the later progresses of Packaging were introduced and pointed out further research direction. Keywords: LED heat release packaging structure heat sinking materes Heat pipe thermoelectric cooling 0引言 发光二极管（LED）具有效率高、可靠性好、寿命长、功耗低等优点而广泛应用于显示、交通、背光、照明等行业，近年来，尤其在照明行业得到快速发展。与传统的照明器件不同，白光 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。目前单颗高亮度LED光通量已经达到170lm，而芯片产生 的热量也达到300W/cm2或者更高[1]。为了获得更大的光通量，通常将LED做成阵列，而大约80%的电能才转化成热能。研究表明，当芯片温度超过一定值，芯片失效率将呈指数规律上升，温度每上升2℃, 可靠性下降10%。因此，散热技术对LED的可靠性、稳定性至关重要。 改善LED灯具的散热性能，主要有以下几个方面考虑：1.改进LED芯片封装结构，提高从LED芯片到外部散热机构的散热性能；2.开发热导率更高的新材料，降低从LED芯片到环境的热阻；3.设计更优的散热方案，提高LED灯具散热性能。本文从以上三方面进行研究，对大功率LED照明的普及具有重要的理论和工程价值。 1 封装结构研究 蓝宝石衬底散热管座蓝宝石衬底 蓝宝石衬底 散热管座 蓝宝石衬底 散热管座 硅基 图1.芯片的正装结构和倒装结构2001年，LumiLeds公司研制出了AIGalnN功率型倒装芯片结构，如图1。LED芯片通过凸点倒装连接到硅基上，热量直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底，再传到金属基板，由于芯片更接近散热体，可降低内部热沉热阻，而且也提高了外量子效率。这种结构理论计算可达到1.34K/W，实际做到6- 图1.芯片的正装结构和倒装结构 1.2金属线路板结构 图2.LED陶瓷封装结构 图2.LED陶瓷封装结构 金属线路板结构利用铝等金属具有极佳的热传导性质,