大功率LED散热导热整体解决方案

大功率LED散热导热整体解决方案

善仁新材是LED辅料的专业供应商，同时对大功率LED的散热问题有很好的研究，现在把大功率LED散热问题总结如下，共爱好者参考。
一、大功率LED高导热导电银胶

导电银胶是LED生产封装中不可或缺的一种胶水，其对导电银胶的要求是导电、导热性能要好，剪切强度要大，并且粘结力要强。

善仁新材作为世界高端粘电子胶粘剂的领导品牌，公司以“您身边的高端电子粘结防护专家”为服务宗旨。善仁新材导电银胶、导电银浆、贴片红胶、UV胶、异方性导电胶ACP、太阳能电池导电浆料等系列电子胶粘剂具有最高的产品性价比，公司在全球拥有141家世界五百强客户。

善仁新材系列大功率LED导电银胶高导热导电银胶具有导电性好、剪切力强、流变性也很好、并且吸潮性低。特别适合大功率高亮度LED的封装。此高导热银胶导热系数为：25.8 剪切强度为：14.7，为行业之最。

长久以来，显示应用一直是LED的主要诉求，对于LED的散热性要求不甚高的情况下，LED多利用传统环氧树脂基板进行封装。
  2000年以后，随LED高辉度化与高效率化技术发展，再加上蓝光LED发光效率大幅改善，与LED制造成本持续下滑，让LED应用范围、及有意愿采用LED的产业范围不断扩增，包括液晶、家电、汽车等业者，也开始积极考虑应用LED的可能性，例如消费性产品业者对于高功率LED的期待是，能达到省电、高辉度、长使用寿命、高色再现性，这代表着达到高散热性能力，是高功率LED封装基板不可欠缺的条件。
  此外，液晶面板业者面临欧盟RoHS规范，需正视将冷阴极灯管全面无水银化的环保压力，造成市场对于大功率LED的需求更加急迫。
  LED封装除了保护内部LED芯片外，还兼具LED芯片与外部作电气连接、散热等功能。

二 高导热导电银胶AS6585成为大功率LED固晶散热新趋势
  1个LED能达到几百流明，这基本上不是大问题，主要的问题是，如何去处理散热？接下来在产生这么大的流明后，如何维持亮度的稳定与持续性，这又是另一个重要课题，若热处理没有做好的话，LED的亮度和寿命会下降很快，对于LED来说，如何做到有效的可靠度和热传导，是非常重要。
  以往LED是使用低热传导率树脂进行封装，不过这被视为是影响散热特性的原因之一，此外，环氧树脂耐热性比较差，可能会出现的情况是，在LED芯片本身的寿命未到达前，环氧树脂就已呈现变色情况，因此，提高散热性已是重要关键。
  除此之外，不仅因为热现象会对环氧树脂产生变化，甚至短波长也会对环氧树脂造成问题，这是因为白光LED发光光谱中，也包含短波长光线，而环氧树脂却相当容易受白光LED中的短波长光线破坏，即使是低功率白光LED，已能使环氧树脂破坏现象加剧，更何况高功率白光LED所发出的短波长光线更多，恶化自然比低功率款式更加快速，甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命仅5,000小时，甚至更短！所以，与其不断克服因旧有封装材料带来的变色困扰，不如朝寻求新1代的封装材料努力。

善仁新材系列大功率LED银胶是中等粘度、高粘接强度的高导热导电银胶。适用于发光二极管（LED）、尤其是功率型LED、光电器件和电子器件的粘接和封装。特别适合LED、大功率高亮度LED，导热系数为：25.8 剪切强度为：14.7，为行业之最。

LED芯片至封装体的热传导：采用胶体来把热量传导出去，对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，可以采用高导热导电银胶：AS6585系列，对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用导热绝缘胶FS-1100来固定芯片

三 金属基板成大功率LED散热新焦点

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高效率化之后另一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FS系列进行封装，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。

四、高导热可挠曲散热基板引领大功率LED散热新坐标
  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，目前推出热传导率超过27.6W/m/K的金属封装基板。
  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。

采取的工艺是在绝缘层黏贴金属箔，虽然基本结构与传统挠曲基板完全相同，不过在绝缘层方面，是采用公司独有的软质可扰树脂充填高热传导性无机填充物，因此具有18W/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，客户使用善仁新材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。

五、整体散热方案

1、LED芯片至封装体的热传导：采用胶体来把热量传导出去，对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，可以采用高导热导电银胶：AS6585系列，对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用导热绝缘胶FS-1100来固定芯片

2、封装体至外部的热传导：采用陶瓷或者金属高散热基板材料来把热量传导至外部。导热层采用金属LED封装基板采铝或者铜等高导热材料，绝缘层采用公司独有的高导热绝缘浆料，此系列导热绝缘材料拥有高热传导性、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，广泛应用在LED灯具模块，与照明模块等。

3、高导热可挠曲基板：采取的工艺是在绝缘层黏贴金属箔，虽然基本结构与传统挠曲基板完全相同，不过在绝缘层方面，是采用公司独有的软质可扰树脂充填高热传导性无机填充物，因此具有20W/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，客户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。

总之，最近提出的LED散热解决方案，是以总体散热和热阻的观念为基础，热阻要低不仅仅是要用对导热胶，还要改善导热胶所接合的各种介质的介面热阻：例如磊晶与基板，基板与散热模组。如果在磊晶黏着时，就以高导热导电银胶BQ-6886系列来固晶，电路板与导热基板间也采用高导热绝缘浆料FS-2800，再与独有的散热基板FS-3800系列黏合，就能彻底降低总体热阻，让LED的效率更为有效发挥。