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慎選散熱基板材質及導熱膠
2012-11-13

受限于技術,LED目前的轉換效率仍為兩成左右,也就是說有高達八成的電能會轉換成熱能,因此散熱問題始終是LED照明面臨的重要挑戰。尤其LED發光熱能是集中于小范圍,因此在電力輸入功率較大的路燈應用中,LED接口溫度相當高,再加上路燈為長時間持續工作,熱能的產生更為可觀,因此若散熱模塊不能有效散熱LED街燈便會出現嚴重的光衰現象,導致使用壽命大幅縮短。隨著中國大陸近年力推十城萬盞半導體照明應用工程政策,LED街燈裝設數量迅速增多,LED街燈光衰問題更為突顯。

LED光衰現象和散熱效能息息相關,為有效達成散熱目的,相關業者紛紛循各種途徑尋求解決之道。就整體的散熱設計來看,散熱基板材料與LED晶粒封裝方式極為關鍵。首先,LED散熱基板的運作方式為利用散熱基板材料本身的熱傳導性,將熱源從LED導出,而從LED散熱途徑來看,又可將LED散熱基板細分為LED晶粒基板與系統電路板兩大類,此兩種散熱基板分別承載著LED晶粒與LED芯片。其中,LED晶粒基板主要是作為將LED晶粒的熱能傳導至系統電路板的的媒介;系統電路板則是負責將熱能傳導至散熱鰭片、外殼或大氣中的材料。

慎選散熱基板材質及導熱膠

在系統電路板散熱這個部分,早期LED產品的系統電路板多以PCB為主,但隨著LED街燈應用等高功率LED需求的增加,PCB材料的散熱能力不足以應付,因此業界已發展出高熱導系數鋁基板(MCPCB),主要是利用金屬材料散熱較佳的特性達到高功率產品散熱的目的。

 除了散熱基板的材料需要注意外,鋁基板黏合使用的導熱膠也必須慎選。部分廠商以為導熱膠導熱膠墊越厚越好,卻忽略越厚則熱阻越大。再者,導熱膠或軟質導熱墊片并無法與基板真正密合,存在于貼合面的許多孔隙是另一種形式的熱阻質。綜合這些因素,散熱導熱的效率將有所降低,需用對導熱膠才能降低熱阻。

網印施工的軟陶瓷導熱膠為軟質半流淌,在網印機刮刀涂布于鋁基板時,導熱粒子會滲入基板表面的孔隙并予以填滿,進而形成完全平整且無孔隙的平面,與LED晶粒載板黏合時會完全密合,如此就能減少熱阻,熱度可迅速被傳導出去,LED晶粒環境溫度隨之降低,LED街燈的光衰現象自然得以延緩發生。他并強調,網印施工的軟陶瓷導熱膠具有延展性,在高溫烘烤或回焊時,會隨著鋁基板的熱脹冷縮一起變化,應力非常小,因此不會造成鋁基板彎曲,甚至是爆板。

不過,盡管系統電路板能將LED芯片所產生的熱有效散熱至大氣環境,但是首先是LED晶粒所產生的熱能必需有效的從晶粒傳導至系統電路板,否則,隨著LED功率的提升,整體LED的散熱瓶頸將出現在LED晶粒散熱基板。目前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板為主,依線路備制方法不同略可區分為厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷,以及薄膜陶瓷基板三種,其中薄膜陶瓷基板為相對較新的技術,可有效滿足倒裝片(Flip Chip)封裝方式所要求的布線精確度與燒結收縮比例問題。

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