LED發(fā)展 散熱是關(guān)鍵

　　隨著LED材料及封裝技術(shù)的不斷演進(jìn),促使LED產(chǎn)品亮度不斷提高,LED的應(yīng)用越來越廣,并為LED產(chǎn)業(yè)提供一個穩(wěn)定成長的市場版圖。以LED作為顯示器的背光源,更是近來熱門的話題,從小尺寸顯示器背光源逐漸發(fā)展到中大尺寸LCD TV背光源,頗有逐步取代CCFL背光源的架勢。主要是LED在色彩、亮度、壽命、耗電度及環(huán)保訴求等均比傳統(tǒng)冷陰極管(CCFL)更具優(yōu)勢,因而吸引業(yè)者積極投入。

　　早期單芯片LE D的功率不高,發(fā)熱量有限,熱的問題不大,因此其封裝方式相對簡單。但近年隨著LED材料技術(shù)的不斷突破,LED的封裝技術(shù)也隨之改變,從早期單芯片的炮彈型封裝逐漸發(fā)展成扁平化、大面積式的多芯片封裝模塊;其工作電流由早期20mA左右的低功率LED,進(jìn)展到目前的1/3至 1A 左右的高功率LED,單顆LED的輸入功率高達(dá)1W以上,甚至到3W、5W。

　　封裝方式更進(jìn)化

　　由于高亮度高功率LED系統(tǒng)所衍生的熱問題將是影響產(chǎn)品功能優(yōu)劣關(guān)鍵,要將LED組件的發(fā)熱量迅速排出至周遭環(huán)境,首先必須從封裝層級(L1& L2)的熱管理著手;目前的作法是將LED晶粒以焊料或?qū)岣嘟又谝痪鶡崞?經(jīng)由均熱片降低封裝模塊的熱阻抗,這也是目前市面上最常見的LED封裝模塊,主要來源有Lumileds、OSRAM、Cree 和Nicha等LED國際知名廠商。

　　這些LED模塊在實際應(yīng)用可組裝在一整排呈線光源,或作成數(shù)組排列或圓形排列,再接合在一片散熱基板上作為面光源。但對于許多終端的應(yīng)用產(chǎn)品,如迷你型投影機、車用及照明用燈源,在特定面積下所需的流明量需超過上千流明或上萬流明,單靠單晶粒封裝模塊顯然不足以應(yīng)付,走向多芯片LED封裝,及芯片直接黏著基板已是未來發(fā)展趨勢。

　　在LED實際產(chǎn)品應(yīng)用上,不論用于顯示器背光源、指示燈或一般照明,通常會視需要將多個LED組裝在一電路基板上。電路基板一方面扮演著承載LED模塊結(jié)構(gòu),另一方面,隨著LED輸出功率越來越高,基板還必須扮演散熱的角色,以將LED芯片產(chǎn)生的熱傳遞出去,在材料選擇上,因此必須兼顧結(jié)構(gòu)強度及散熱需求。

　　需顧慮材料成本

　　傳統(tǒng)LED功率不大,散熱問題不嚴(yán)重,只要運用一般電子用的銅箔印刷電路板即足以應(yīng)付,但隨著高功率LED越來越盛行,此板已不足以應(yīng)付散熱需求,因此需再將印刷電路板貼附在一金屬板上,即所謂的Metal Core PCB,以改善其傳熱路徑。

　　另外也有一種做法直接在鋁基板表面直接作絕緣層或稱介電層,再在介電層表面作電路層,如此LED模塊即可直接將導(dǎo)線接合在電路層上。同時為避免因介電層的導(dǎo)熱性不佳而增加熱阻抗,有時會采取穿孔方式,以便讓LED模塊底端的均熱片直接接觸到金屬基板,即所謂芯片直接黏著。

　　除了金屬基板外,為因應(yīng)高功率LED封裝及芯片直接粘著基板的發(fā)展,基板材料的選用除考慮散熱性外,還必須考慮與芯片的熱膨脹系數(shù)相匹配問題,以避免熱應(yīng)力引起的熱變形及可靠度問題,因此目前國內(nèi)外也在發(fā)展陶瓷基板及金屬復(fù)合基板等。這些新開發(fā)的基板材料不但具有良好的散熱性,同時熱膨脹系數(shù)(介于4~8ppm/K)與LED芯片均相匹配,唯一的缺點是價格均比一般的金屬基板貴。

　　聚焦無風(fēng)扇散熱

　　其實,LED的散熱組件與CPU散熱相似,都是由散熱片、熱管、風(fēng)扇及熱界面材料所組成的氣冷模塊為主,當(dāng)然水冷也是熱對策之一。

　　以當(dāng)前最熱門的大尺寸LED TV背光模塊而言,40英寸及46英寸的LED背光源輸入功率分別為470W及550W,以其中的80%轉(zhuǎn)成熱來看,所需的散熱量約在360W及440W左右。如何將這些熱量帶走,有用水冷方式進(jìn)行冷卻,但有高單價及可靠度等疑慮;也有用熱管配合散熱片及風(fēng)扇來進(jìn)行冷卻(如SONY 46” LED TV),但風(fēng)扇耗電及噪音等問題。因此,如何設(shè)計無風(fēng)扇的散熱方式便是決定未來誰能勝出的重要關(guān)鍵。