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多管齐下,构筑大功率LED散热新模式
日期:2014-11-25

    随着近一年来LED照明市场的不断升温,部分普通照明灯具和车用灯具对于大功率LED的需求日益突显。从制造流程来看,目前市场上所见的LED芯片最大尺寸均在12mm之间,单颗芯片所能承受的操作功率大多在12W的范围内,用这类芯片来做大功率LED的封装设计,则必须采用多颗芯片组合的方式来实现;再加上考虑到性价比因素,就有可能使用到中 功率芯片,通过串并联的电路整合,在封装中实现大功率设计。

    针对这一主流的大功率LED开发理念,亿光电子工业股份有限公司研发处协理林治民指出,LED灯具的散热处理将面临来自多方面的挑战。例如,在进行串并联电路设计时,由于绝缘的需要,在金属线路部分往往要求使用一些不导电、不导热的有机材料,同时单颗芯片承受大功率操作时节温较高,各个芯片间的间距应选择一个理想数值来避免局部过热,因此,对于整体灯具而言,散热方面需要使用较大的散热块以做降温之用。而在同步光学设计部分,也因为芯片需要避开热源而彼此分离,导致发光面积加大,造成光学收光不易,加大了光学组件的尺寸,从而影响到整体灯具的尺寸及物料成本。

        如何解决大功率LED的散热难题,已成为目前行业内厂商关注的一个焦点。大多数业内人士认为,应从LED垂直供应链上的各个环节加大研发的力度,无论是在LED芯片组件、固晶材料、基板等封装环节,还是在整体灯具的电源架构、主动散热处理等多个方面进行优化设计和选材,才能达到最佳的散热效果。

提高LED发光效率是根本

       首先,提升LED芯片的发光效率、减少光耗损是根本所在。如果输入的电能大部分都可以转化为光,降低产热比例,这样一方面可以提高芯片本身的效率和减少发热之外,另一方面,对于荧光粉材料也有相同的提升效果,少产热就不怕热堆积影响效能。

目前LED芯片的封装方式大致上可分为水平式、垂直式与倒装封装三种,台湾半导体照明股份有限公司(简称TSLC)研发处处长李承士说道,水平式芯片由于以散热较差的蓝宝石当作基底,因此通常具有较高的热阻;垂直型芯片以高导热材料当基底,整体热阻比水平型芯片低;而倒装结构芯片将PN接口的热量直接往下传导到下方的基板,因此同样具有很好的散热效果。他进一步指出,从实际应用来看,现阶段很多大功率COB应用仍然采用水平型芯片,只要将单颗芯片的尺寸缩小,就可以达到热量分散的目的,整体散热或热阻表现不会劣于垂直型芯片或倒装封装芯片。

       作为全球首家以8英寸氮化铝基板进行全波段LED封装的厂商,TSLC以混合电路技术为基础,掌握了在陶瓷基板上做不同layout输出技术,除了标准封装组件产品外,还可提供代工与定制化服务。其中,TSLC通过采用8英寸芯片级透镜压铸技术,使得生产速度大幅提高(2,300/),质量稳定;另外利用氮化铝基板、芯片级共金技术和倒装封装技术(不用打线),可令LED芯片提高15%的发光效率。

       另一方面, 降低固晶工艺中产生的热阻也不容忽视。在常用的固晶材料中,目前还是以金锡合金的散热效果较佳,林治民表示:使用高导热的金属材料取代以往的硅胶固晶胶或银胶固晶胶,可从材料特性上全面拉升热导系数,或者还可以考虑使用共金固晶技术,将固晶材料的厚度减少到5μm以下,通过减少距离来快速地将热导出。但也有厂商表示,金锡合金的制作温度要比一般的银胶高很多,因此对于一些不耐高温的芯片会有所限制。

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