大功率LED散热基板_LED灯、LED散热、LED配件_百度空间

目前常见的基板种类有,硬式印刷电路板、高热导系数铝基板、陶瓷基板、软式印刷电路板、金属复合材料。硬式印刷电路板(Printed Circuit Board;PCB),多用于各项电子基板,最常见到的就是计算机内部的各项组件,如主机板、显示卡、声卡…等。台湾发展了30多年,有完整的体系,从上游到下游,有助于LED基板的发展。

  传统的PCB板,无法乘载高功率的热能,发展仍停在低功率的LED,但由于转型、投资、技术等其它考虑,并不会往高功率的LED生产研发方向规划,而会以现有的机台、或是利用其它电子基板技术转移到LED运用上,达到降低成本、提高效率目的。

  高热导系数铝基板(Metal Core PCB;MCPCB),,是以PCB将下方基材改为铝合金,一般来说纯铝的散热系数k(W/mK)较铝合金高,但由于纯铝的硬度不高造成使用上的困难,所以会以铝合金的型式,来制作基板。

  在MCPCB国内厂商发展出不同型态的种类,有以软板取代氧化铝板方式,发挥高效能的散热,也有的厂商改变树脂配方,不但将涂布的关键技术提升,也顾虑到基材的环保问题。

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图说:传统电子零件用PCB板与LED用PCB板,在材料本质上架构相同,但为了达到不同用途,还是会有微小差异。(许家铭 摄)

  陶瓷基板目前有3大类,Al2O3(氧化铝)、LTCC(低温共烧陶瓷)、AlN(氮化铝),技术门坎性而言,但AlN{zg}、LTCC次之。

  由陶瓷烧结而成得LED基板,有散热性佳、耐高温、耐潮湿等优点。但是价格高出传统基板数倍,所以至今仍不是散热型基板主要组件,但若不考虑价格因素,陶瓷基板是为{zj0}{sx}。

  未来需要耐高温的LED,会以需长时间照明的路灯、需强光照明的医疗灯具...等用途为主,陶瓷基板的优势,要选择需高度散热的商品,且需有完备规格,才能符合生产效益比,才会有前景。

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图说:不同种类陶瓷基板,以瓦数、内部颜色组件作区分。

  软式印刷电路板(FPC)具有重量轻、可挠性、厚度薄、运用空间灵活等优点,热传导系数优于传统PCB基板或是MCPCB基板,且应用面积大于陶瓷基板。

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图说:软性电路板的基本结构,由胶片组成,具有高度可曲挠性,可以用于狭窄空间中。大功率LED散热基板 - LED散热,LED配件 - LED散热,LED配件

图说:软性电路板已广为运用在LED基板上,其柔软特色,可简单组装在空间狭小的电器内。

  金属复合技术,学理上热传导率高、导热性好,工研院曾发表过相关技术,但相关技术仍处于实验阶段,良率偏低,目前在市场并没有正式生产。

目前市场LED基板选用方式

  PCB板属于低功率LED封装,而大于1W(瓦)则以MCPCB为主,以亿光电子为例,并没有着重在任何基板种类,而xx是以市场需求和产品特性区分,用适合的素材匹配出最合宜的商品。相对于亿光这类生产多元商品的公司,禾伸堂则把主力放于陶瓷基板产品,一类由公司自行设计规格占总体10%,其余占90%则是由下游厂商委托制造。软板具有可曲挠性,可应用于特殊结构,且热导率与MCPCB接近,特别适用在小体积、需折迭类型的商品。  LED散热基板的市场需求量,预估2009年会迅速的膨胀,相机闪光灯、手机面板背光、按键,车用灯、显示器、笔记型计算机、桌上型显示器、电视的背光源,以及室内照明、路灯...等。都将由LED扮演要角,在未来的商机非常可观。

金属基板成新焦点

  因此最近几年逐渐改用高热传导陶瓷,或是金属树脂封装结构,就是为了解决散热、与强化原有特性做的努力。LED芯片高功率化常用方式是:芯片大型化、改善发光效率、采用高取光效率的封装、及大电流化。这类做法虽然电流发光量会呈比例增加,不过发热量也会随之上升。

  对高功率LED封装技术上而言,由于散热的问题造成了一定程度的困扰,在此背景下具有高成本效益的金属基板技术,就成了LED高效率化之后另1个备受关心的新发展。

  过去由于LED输出功率较小,因此使用传统FR4等玻璃环氧树脂封装基板,并不会造成太大的散热问题,但应用于照明用的高功率LED,其发光效率约为20%~30%左右,虽芯片面积相当小,整体消费电力也不高,不过单位面积的发热量却很大。

  一般来说,树脂基板的散热,只能够支持0.5W以下的LED,超过0.5W以上的LED,多改用金属或陶瓷高散热基板进行封装,主要原因是,基板的散热性直接影响LED寿命与性能,因此封装基板成为设计高辉度LED商品的开发重点。

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图说:LED芯片大多利用芯片大型化、改善发光效率、采高取光效率封装,及大电流化达高亮度目标。

高功率加速金属基板取代树脂材料

  关于LED封装基板散热设计,目前大致可以分成,LED芯片至封装体的热传导、及封装体至外部的热传达两大部分。使用高热传导材时,封装内部的温差会变小,此时热流不会呈局部性集中,LED芯片整体产生的热流,呈放射状流至封装内部各角落,所以利用高热传导材料,可提高内部的热扩散性。

  就热传导的改善来说,几乎是xx仰赖材料提升来解决问题。多数人均认为,随LED芯片大型化、大电流化、高功率化发展,会加速金属封装取代传统树脂封装方式。

  就目前金属高散热基板材料而言,可分成硬质与可挠曲两种基板,结构上,硬质基板属于传统金属材料,金属LED封装基板采铝与铜等材料,绝缘层部分,大多采充填高热传导性无机填充物,拥有高热传导性、加工性、电磁波遮蔽性、耐热冲击性等金属特性,厚度方面通常大于1mm,大多都广泛应用在LED灯具模块,与照明模块等,技术上是与铝质基板具相同高热传导能力,在高散热要求下,相当有能力担任高功率LED封装材料。

各封装基板业者正积极开发可挠曲基板

  可挠曲基板的出现,原期望应用在汽车导航的LCD背光模块薄形化需求而开发,以及高功率LED可以完成立体封装要求下产生,基本上可挠曲基板以铝为材料,是利应用铝的高热传导性与轻量化特性,制成高密度封装基板,透过铝质基板薄板化后,达可挠曲特性,并且也能够具高热传导特性

  一般而言,金属封装基板热传导率大约是2W/m?K,但由于高效率LED的热效应更高,所以为了满足达到4~6W/m?K热传导率的需要,目前已有热传导率超过8W/m?K的金属封装基板。由于硬质金属封装基板主要目的是,能够满足高功率LED的封装,因此各封装基板业者正积极开发可以提高热传导率的技术。虽然利用铝板质补强板可以提高散热性,不过却有成本与组装的限制,无法根本解决问题。

  不过,金属封装基板的缺点是,金属热膨胀系数很大,当与低热膨胀系数陶瓷芯片焊接时,容易受热循环冲击,所以当使用氮化铝封装时,金属封装基板可能会发生不协调现象,因此必需克服LED中,各种不同热膨胀系数材料,所造成的热应力差异,提高封装基板的可靠性。

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图说:透过铝质基板薄板化后,达可挠曲特性,并也能具有高热传导特性。

  高热传导挠曲基板,是在绝缘层黏贴金属箔,虽然基本结构与传统挠曲基板xx相同,不过在绝缘层方面,是采用软质环氧树脂充填高热传导性无机填充物,因此具有8W/m?K的高热传导性,同时还兼具柔软可挠曲、高热传导特性与高可靠性,此外可挠曲基板还可以依照客户需求,可将单面单层板设计成单面双层、双面双层结构。根据实验结果显示,使用高热传导挠曲基板时,LED的温度大约降低摄氏100度,这代表着温度造成LED使用寿命降低的问题,将可因变更基板设计而大幅改善。

  事实上,除高功率LED外,高热传导挠曲基板,还可应用在其它高功率半导体组件上,适用于空间有限、或是高密度封装等环境。不过,仅仅依赖封装基板,往往无法满足实际需求,因此基板外围材料的配合也变得益形重要,例如配合3W/m?K的热传导性膜片,就能够有效再提高其散热性。



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