LED封裝材料的選擇及現(xiàn)今材料的適用類型

    現(xiàn)今，LED越來越亮。為了滿足一般照明市場的需求，LED必須將傳統(tǒng)白熾燈與鹵素?zé)襞莸牧髅鬏敵銎ヅ洌ㄍǔＴ谙嗤某叽绶秶鷥?nèi)），而且這個(gè)任務(wù)也是一個(gè)熱挑戰(zhàn)。

    普遍的高亮度（HB）LED只能將約45％的能量轉(zhuǎn)化為光，其余的以熱量出現(xiàn)。這種熱量需要盡可能快地從LED上導(dǎo)出，以防止LED過熱及發(fā)生潛在的災(zāi)難性故障。這種HB LED的功率輸入增加加速了更多的功率進(jìn)入LED，反過來產(chǎn)生更多的熱量。

    這種情況是LED制造商面臨的挑戰(zhàn)，目前市場上已經(jīng)有許多不同的方法來克服了。所有的都是從LED封裝開始，因?yàn)榉庋b提供了許多功能：它不僅為LED芯片提供物理保護(hù)，并將LED固定在燈具上，但這也意味著LED芯片處于密封的封裝環(huán)境中，這大大地阻止了對流和輻射帶來的散熱，而把LED只能靠從封裝背面通過熱傳導(dǎo)方式散熱。

    這一情況下，使用導(dǎo)熱基板可以幫助縮小LED與散熱器間的熱傳遞路徑。但使用銅片類材料或許更簡易，因?yàn)殂~的導(dǎo)熱性能非常好。導(dǎo)熱基板需為電絕緣，因?yàn)樗€需要攜帶將電力輸送到LED的銅軌。如果介質(zhì)不絕緣，LED就會(huì)被短路。因此，行業(yè)需要的是既能導(dǎo)熱又絕緣的材料。

    LED制造商不斷研究解決方案以降低成本，要么通過消除工藝，要么使用更具成本效益的材料。最終是將LED燈泡的整體成本降低到一個(gè)消費(fèi)者可以用低價(jià)就能購買的水平。

    封裝選擇

    HB LED封裝普遍有兩種方法。

    制造商可以將單個(gè)大型LED芯片或芯片組（例如，一個(gè)紅色，一個(gè)綠色和一個(gè)藍(lán)色）使用表面貼裝技術(shù)（SMT）集成到一起，或者制造商將一些芯片直接封裝到PCB-COB上。圖1包括來自制造商Cree，Lumileds和Samsung的不同封裝類型的樣品。

圖1  三星芯片級封裝（CSP）器件（左）；

Lumileds的中功率LED（中）；Cree的COBLED（右）

    從表面看，COB LED很簡單。通過將裸露的LED芯片直接封裝到PCB上，這顯然使COB設(shè)備成為一個(gè)更具成本效益的選擇。

    COB LED的缺點(diǎn)是在于它們傾向于廣角度。這些可以用于像路燈、高棚燈這樣的照明燈具中。但是對于需要定向光束，如在汽車前燈或天花板筒燈中，則需要貼片定向高功率LED產(chǎn)品。

    HB LED和陶瓷的好處

    定向HB LED封裝的關(guān)鍵要求是封裝基板的兩側(cè)需要“電路化”，銅軌通過基板，連接兩組電路。這是至關(guān)重要的，因?yàn)榉庋b基板需要安裝到模組或燈具電路上。需要填充有導(dǎo)電銅的通孔，但是這些通孔需要與電路的其余部分隔離開。這低估了例如金屬芯PCB（MCPCB）之類的材料。

    到目前為止，唯*可以滿足這一要求的市場材料是電子陶瓷。陶瓷是非常理想的，因?yàn)樗且环N天然的電介質(zhì)，某些類型的陶瓷就是優(yōu)良的熱導(dǎo)體。鉆入基板的通孔將與其余材料電隔離開。

    陶瓷是一個(gè)很好的選擇，還有另外一個(gè)原因是它們能夠通過非常高分辨率的直接鍍銅（DPC）工藝。 DPC是一種添加處理，銅軌跡被濺射到陶瓷上以建立電路，而不是使用還原工藝。這個(gè)工藝非常精確地加銅，以微米的精度測量。

    這就是低成本MCPCB再次失敗的地方。為了給MCPCB制作電介質(zhì)層，需要加入環(huán)氧樹脂，將銅電路粘在金屬芯的表面。正是這種環(huán)氧樹脂層作為電介質(zhì)，它通常與陶瓷顆粒混合以提高熱性能。這只能通過還原工藝，于是再次，陶瓷成為唯*的選擇。

圖2  熱導(dǎo)材料的選擇因熱導(dǎo)率、制造難易度

和成本方面都有所不同

責(zé)編：小雪