高功率白光LED芯片的散熱問題
因此,在面對(duì)不斷提高電流情況的同時(shí),如何增加抗熱能力,也是現(xiàn)階段的急待被克服的問題,從各方面來看,除了材料本身的問題外,還包括從晶片到封裝材料間的抗熱性、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)、封裝材料到PCB板間的抗熱性、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu),及PCB板的散熱結(jié)構(gòu)等,這些都需要作整體性的考量。
例如,即使能夠解決從晶片到封裝材料間的抗熱性,但因從封裝到PCB板的散熱效果不好的話,同樣也是造成LED晶片溫度的上升,出現(xiàn)發(fā)光效率下降的現(xiàn)象。所以,就像是松下就為了解決這樣的問題,從2005年開始,便把包括圓形,線形,面型的白光LED,與PCB基板設(shè)計(jì)成一體,來克服可能因?yàn)槌霈F(xiàn)在從封裝到PCB板間散熱中斷的問題。
不過,并非所有的業(yè)者都像松下一樣,把封裝材料到PCB板間的抗熱性都做了考量,因?yàn)楦鳂I(yè)者的策略關(guān)系,有的業(yè)者以基板設(shè)計(jì)的簡便為目標(biāo),只針對(duì)PCB板的散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良。
有相當(dāng)多的業(yè)者,因?yàn)楸旧聿簧a(chǎn)LED的關(guān)系,所以只能在PCB板做一些研發(fā),但僅此于止還是不夠的,所以需要選擇散熱性良好的白光LED.能讓PCB板上的用金屬材料,能與白光LED封裝中的散熱槽緊密連接,完成讓具有散熱槽設(shè)計(jì)的高功率白光LED與PCB板連接,達(dá)到散熱的能力。
不過,這樣看起來好像只是因?yàn)槠谕_(dá)到散熱,而把簡單的一件事情予以復(fù)雜化,到底這樣是不是符合成本和進(jìn)步的概念,以今天的應(yīng)用層面來說,很難做一個(gè)判斷,不過,實(shí)際上是有一些業(yè)者正朝向這方面做考量,例如Citizen在2004年所發(fā)表的產(chǎn)品,就是能夠從封裝上厚度為2~3mm的散熱槽向外散熱,提供應(yīng)用業(yè)者能夠因?yàn)槭褂昧司哂猩岵鄣母?a class="contentlabel" href="http://cafeforensic.com/news/listbylabel/label/功率">功率白光LED,能讓PCB板的散熱設(shè)計(jì)得以發(fā)揮。
封裝材料的改變 提高白光LED壽命達(dá)原先的4倍
當(dāng)然發(fā)熱的問題不是只會(huì)對(duì)亮度表現(xiàn)帶來影響,同時(shí)也會(huì)對(duì)LED本身的壽命出現(xiàn)挑戰(zhàn),所以在這一部份,LED不斷的開發(fā)出封裝材料來因應(yīng),持續(xù)提高中的LED亮度所產(chǎn)生的影響。
過去用來作為封裝材料的環(huán)氧樹脂,耐熱性比較差,可能會(huì)出現(xiàn)的情況是,在LED晶片本身的壽命到達(dá)前,環(huán)氧樹脂就已經(jīng)出現(xiàn)變色的情況,因此,為了提高散熱性,而必須讓更多的電流獲得釋放,這一個(gè)架構(gòu)這是相當(dāng)?shù)闹匾?p style="text-align: left">除此之外,不僅因?yàn)闊岈F(xiàn)象會(huì)對(duì)環(huán)氧樹脂產(chǎn)生影樣,甚至短波長也會(huì)對(duì)環(huán)氧樹脂造成一些問題,這是因?yàn)榘坠釲ED 發(fā)光光譜中,也包含了短波長的光線,而環(huán)氧樹脂卻相當(dāng)容易被白光LED中的短波長光線破壞,即使低功率的白光LED就已經(jīng)會(huì)讓造成環(huán)氧樹脂的破壞,更何況高功率的白光LED所含的短波長的光線更多,那麼惡化自然也加速,甚至有些產(chǎn)品在連續(xù)點(diǎn)亮后的使用壽命不到5,000小時(shí)。
所以,與其不斷的克服因?yàn)榕f有封裝材料-環(huán)氧樹脂所帶來的變色困擾,不如朝向開發(fā)新一代的封裝材料,或許是不錯(cuò)的選擇。目前在解決壽命這一方面的問題,許多LED封裝業(yè)者都朝向放棄環(huán)氧樹脂,而改采了硅樹脂和陶瓷等作為封裝的材料,根據(jù)統(tǒng)計(jì),因?yàn)楦淖兞朔庋b材料,事實(shí)上可以提高LED的壽命。
就資料上來看,代替環(huán)氧樹脂的封裝材料-硅樹脂,就具有較高的耐熱性,根據(jù)試驗(yàn),即使是在攝氏150~180度的高溫,也不會(huì)變色的現(xiàn)象,看起來似乎是一個(gè)不錯(cuò)的封裝材料。
因?yàn)楣铇渲軌蚍稚⑺{(lán)色和近紫外光,所以與環(huán)氧樹脂相比,硅樹脂可以抑制材料因?yàn)殡娏骱投滩ㄩL光線所帶來的劣化現(xiàn)象,而緩和的光穿透率下降的速度。
所以,以目前的應(yīng)用來看,幾乎所有的高功率白光LED產(chǎn)品都已經(jīng)改采硅樹脂作為封裝的材料,例如,因?yàn)槎滩ㄩL的光線所帶來的影響部分,相對(duì)于波長400~450nm的光,環(huán)氧樹脂約在個(gè)位的數(shù)。
評(píng)論