LED因其(qi)高(gao)亮度、低(di)熱量、長(chang)壽(shou)命、無(wu)毒、可回收再利(li)用等優(you)點，被(bei)稱為(wei)21世(shi)紀最有發展前景的(de)(de)綠(lv)色(se)照(zhao)明(ming)光源。統計(ji)表明(ming)：如果(guo)中國(guo)50%的(de)(de)光源換用LED，將(jiang)可實現年節電(dian)2100億千瓦(wa)時(shi)，相當于再建2.5座(zuo)三(san)峽(xia)工(gong)程。同時(shi)，其(qi)在壽(shou)命、應用靈活性(xing)等方面也具有不可比擬的(de)(de)優(you)勢，將(jiang)成為(wei)未來照(zhao)明(ming)的(de)(de)必(bi)定(ding)發展方向。
LED的(de)發光(guang)(guang)原理是(shi)直(zhi)接將電(dian)能轉換為光(guang)(guang)能，其電(dian)光(guang)(guang)轉換效率大(da)約(yue)為20％—30％，光(guang)(guang)熱(re)(re)轉換效率大(da)約(yue)為70％—80％。隨著芯片尺寸的(de)減小以及(ji)功率的(de)大(da)幅度(du)提高(gao)(gao)(gao)，導致LED結(jie)溫(wen)居高(gao)(gao)(gao)不下，引(yin)起了光(guang)(guang)強(qiang)降低、光(guang)(guang)譜偏移、色溫(wen)升高(gao)(gao)(gao)、熱(re)(re)應力增高(gao)(gao)(gao)、元器件加速(su)老(lao)化等一系列問題(ti)，大(da)大(da)降低了LED的(de)使用壽(shou)命(ming)。結(jie)溫(wen)也(ye)是(shi)衡量LED封(feng)裝(zhuang)散熱(re)(re)性能的(de)一個(ge)重要(yao)技術指標，當結(jie)溫(wen)上升超過(guo)最大(da)允許溫(wen)度(du)時(150℃)，大(da)功率LED會因過(guo)熱(re)(re)而損壞。因此(ci)在大(da)功率LED封(feng)裝(zhuang)設備中(zhong)，散熱(re)(re)是(shi)限制其發展的(de)瓶(ping)頸，也(ye)是(shi)必須解決的(de)關鍵(jian)問題(ti)。
目前(qian)全球LED產業解(jie)決散熱(re)問題無非從三個(ge)方(fang)面(mian)提升，一個(ge)是(shi)封裝(zhuang)結構，一個(ge)是(shi)封裝(zhuang)材料，還(huan)有就是(shi)散熱(re)基(ji)板。只有把熱(re)量散發出去才(cai)能解(jie)決根(gen)本問題。
目(mu)前應用在散(san)熱的封裝結(jie)構主要有三種：
一、倒裝芯片結構
傳統的(de)(de)正裝芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)，電極(ji)位于(yu)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)出(chu)光(guang)面(mian)，所以會遮擋(dang)部分(fen)出(chu)光(guang)，降(jiang)低芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)出(chu)光(guang)效(xiao)(xiao)率。同時，這種結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)PN結(jie)(jie)產生的(de)(de)熱(re)量通過藍寶(bao)石(shi)襯底導出(chu)去，藍寶(bao)石(shi)的(de)(de)導熱(re)系數較(jiao)低且傳熱(re)路徑(jing)長，因而這種結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)熱(re)阻(zu)大，熱(re)量不(bu)易散發(fa)出(chu)去。從光(guang)學角度和(he)熱(re)學角度來考慮，這種結(jie)(jie)構(gou)存在(zai)一些不(bu)足。為了(le)克服正裝芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)不(bu)足，2001年Lumileds Lighting公司(si)研制了(le)倒裝結(jie)(jie)構(gou)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)。該種結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)，光(guang)從頂(ding)部的(de)(de)藍寶(bao)石(shi)取(qu)出(chu)，消(xiao)除了(le)電極(ji)和(he)引線的(de)(de)遮光(guang)，提高了(le)出(chu)光(guang)效(xiao)(xiao)率，同時襯底采(cai)用高導熱(re)系數的(de)(de)陶瓷線路板，大大提高了(le)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)的(de)(de)散熱(re)效(xiao)(xiao)果。
二、微噴結構
在該(gai)封裝系統中(zhong)，流(liu)(liu)體(ti)腔體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)體(ti)在一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)壓力作(zuo)用(yong)下在系列微(wei)噴口處形(xing)成(cheng)強(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)射(she)流(liu)(liu)，該(gai)射(she)流(liu)(liu)直接沖(chong)擊LED芯(xin)片基板(ban)下表(biao)面并帶走(zou)LED芯(xin)片產生的(de)(de)(de)(de)熱(re)量，在微(wei)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下，被加熱(re)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)體(ti)進入小型流(liu)(liu)體(ti)腔體(ti)向外界環境釋放熱(re)量，使自身溫(wen)度下降，再次(ci)流(liu)(liu)入微(wei)泵(beng)中(zhong)開始新的(de)(de)(de)(de)循環。類(lei)似于電腦主板(ban)的(de)(de)(de)(de)水冷散熱(re)，這(zhe)種(zhong)微(wei)噴結(jie)構具有散熱(re)效高、LED芯(xin)片基板(ban)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度分布均勻(yun)等優點，但微(wei)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)可(ke)靠性(xing)和(he)穩定(ding)(ding)性(xing)對系統的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)很大，同時該(gai)系統結(jie)構比(bi)較(jiao)復雜運(yun)行成(cheng)本較(jiao)高。
三、熱電制冷結構
熱(re)電(dian)(dian)制冷器是(shi)一種(zhong)(zhong)半導體器件，其PN結由(you)兩種(zhong)(zhong)不同的(de)傳導材(cai)料構成，一種(zhong)(zhong)攜(xie)帶(dai)(dai)正電(dian)(dian)荷(he)，另一種(zhong)(zhong)攜(xie)帶(dai)(dai)負電(dian)(dian)荷(he)，當電(dian)(dian)流通(tong)過結點時，兩種(zhong)(zhong)電(dian)(dian)荷(he)離開結區，同時帶(dai)(dai)有熱(re)量，以達到制冷的(de)目的(de)。類似(si)于空調(diao)制冷原理。但是(shi)技(ji)術(shu)尚不成熟，無法批量應用。
從上述可以看出，LED總(zong)體散(san)熱(re)(re)效(xiao)果與(yu)各界面之間(jian)的(de)(de)散(san)熱(re)(re)有(you)很大關系，那(nei)么完(wan)全(quan)可以降低某(mou)界面熱(re)(re)阻(zu)來提升散(san)熱(re)(re)效(xiao)果。封裝(zhuang)材料(liao)(liao)就算其一(yi)。封裝(zhuang)材料(liao)(liao)主要就是(shi)基板和(he)膠(jiao)水。目前(qian)，LED封裝(zhuang)膠(jiao)水常用的(de)(de)有(you)導(dao)熱(re)(re)膠(jiao)、導(dao)電銀膠(jiao)還(huan)有(you)最新的(de)(de)熒光陶瓷(ci)膠(jiao)。
一、導熱膠
常(chang)用導(dao)熱(re)(re)膠的主要成(cheng)分是環氧(yang)樹脂，因而(er)其(qi)(qi)導(dao)熱(re)(re)系(xi)數(shu)較小，導(dao)熱(re)(re)性(xing)能(neng)差，熱(re)(re)阻大。為了提高其(qi)(qi)熱(re)(re)導(dao)性(xing)能(neng)，通常(chang)在基體內部填充高導(dao)熱(re)(re)系(xi)數(shu)材(cai)料如三氧(yang)化(hua)二鋁、氮化(hua)硼(peng)、碳化(hua)硅等(deng)。導(dao)熱(re)(re)膠具有絕緣、導(dao)熱(re)(re)、防(fang)震、安裝方便、工藝(yi)簡單(dan)等(deng)優(you)點，但其(qi)(qi)導(dao)熱(re)(re)系(xi)數(shu)很低(di)(一般低(di)于1w／mk)，因而(er)只能(neng)應用在對散熱(re)(re)要求不高的LED封裝器件上。如果(guo)LED功率過大，導(dao)熱(re)(re)系(xi)數(shu)就(jiu)跟不上需求，同(tong)樣(yang)會產生大量結溫。
二、導電銀膠
導電銀膠是(shi)(shi)GeAs、SiC導電襯底LED，具有背面電極的(de)紅光、黃光、黃綠芯片(pian)LED封裝點膠或備膠工序中關鍵的(de)封裝材料，具有固定粘結芯片(pian)、導電和(he)導熱(re)(re)、傳(chuan)熱(re)(re)的(de)作(zuo)用，對LED器(qi)件(jian)的(de)散熱(re)(re)性(xing)、光反射性(xing)、VF特性(xing)等(deng)具有重要的(de)影響。但是(shi)(shi)技(ji)術不是(shi)(shi)很成(cheng)熟(shu)，成(cheng)本價格較高，并未普及。
四、熒光陶瓷膠
具(ju)有光學(xue)質量最好(hao)、性能最高、高硬(ying)度、耐腐蝕、耐高溫等特點。屬于(yu)新型技(ji)術，比(bi)傳統導(dao)電膠好(hao)很多，但是(shi)還(huan)處于(yu)實驗階(jie)段，尚未成(cheng)型。
通過(guo)以(yi)上的(de)分析，可以(yi)看出，真正的(de)散(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)(re)界(jie)面材料基本(ben)都還在研(yan)制(zhi)當中，應(ying)用還需要(yao)(yao)一定的(de)時日。LED封裝器(qi)件的(de)某條散(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)(re)途(tu)徑(jing)是從(cong)LED芯片到(dao)(dao)鍵合層到(dao)(dao)內部熱(re)(re)(re)(re)(re)沉(chen)到(dao)(dao)散(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)(re)基板(ban)最后到(dao)(dao)外部環境，可以(yi)看出散(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)(re)基板(ban)對LED封裝散(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)(re)的(de)重要(yao)(yao)性(xing)，因而散(san)(san)熱(re)(re)(re)(re)(re)基板(ban)必須具有以(yi)下特征(zheng)：高(gao)導熱(re)(re)(re)(re)(re)性(xing)、絕緣性(xing)、穩定性(xing)、平(ping)整性(xing)和高(gao)強度。
一、金屬基板
金(jin)屬(shu)(shu)基板(ban)(ban)是在原有(you)的(de)印制電(dian)(dian)路(lu)板(ban)(ban)粘(zhan)結(jie)(jie)在導熱(re)系數(shu)較高的(de)金(jin)屬(shu)(shu)上(shang)(shang)(銅、鋁等)，以達(da)(da)到提高電(dian)(dian)子器件(jian)的(de)散熱(re)效(xiao)果(guo)(guo)。是連接(jie)內外散熱(re)通(tong)路(lu)的(de)關鍵環節，金(jin)屬(shu)(shu)基板(ban)(ban)的(de)優(you)點是成(cheng)本(ben)比較低，能夠(gou)大規(gui)模生產(chan)，但也(ye)存在一定(ding)的(de)缺點：①導熱(re)系數(shu)低，MCPCB的(de)熱(re)導率可達(da)(da)到1—2.2W／(m·K)。②金(jin)屬(shu)(shu)基板(ban)(ban)結(jie)(jie)構中的(de)絕緣(yuan)層厚度要適中，既不能太厚也(ye)不能太薄。絕緣(yuan)層太厚增加了整(zheng)個金(jin)屬(shu)(shu)基板(ban)(ban)的(de)熱(re)阻影響散熱(re)效(xiao)果(guo)(guo)；絕緣(yuan)層太薄，如果(guo)(guo)施加在金(jin)屬(shu)(shu)基板(ban)(ban)上(shang)(shang)的(de)電(dian)(dian)壓過高會擊穿(chuan)絕緣(yuan)層，導致短(duan)路(lu)。
二、陶瓷基板
由陶(tao)瓷燒結而(er)成的基板散熱(re)性佳、耐高溫、耐潮(chao)濕、崩潰電壓、擊穿電壓也較高，并且其熱(re)膨脹系數匹配性佳，有減少熱(re)應力及熱(re)形變的特點。因此，陶(tao)瓷基板成為(wei)大(da)功率LED封裝中的重要基板材料(liao)(liao)。目前(qian)最見用的陶(tao)瓷材料(liao)(liao)主要有氧化(hua)鋁、氮(dan)化(hua)鋁、氧化(hua)鈹、碳化(hua)硅(gui)等。
結論：
1）在大功率(lv)LED封(feng)(feng)裝器件中，要實現低熱(re)(re)阻、散熱(re)(re)快的(de)(de)目的(de)(de)，封(feng)(feng)裝材料(liao)(liao)成(cheng)為關鍵(jian)技(ji)術(shu)所(suo)在，努力尋找更優(you)良的(de)(de)封(feng)(feng)裝材料(liao)(liao)以提高LED封(feng)(feng)裝器件的(de)(de)散熱(re)(re)是今后(hou)的(de)(de)熱(re)(re)點(dian)話題。
2）要(yao)解決大功(gong)率LED封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)器件的散(san)熱(re)問(wen)題，必須選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(包括熱(re)界面(mian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和基板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)等)。在選(xuan)擇(ze)熱(re)界面(mian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)及基板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的過程中，應根(gen)據合(he)適(shi)的場合(he)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。一(yi)般大功(gong)率LED封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)中使(shi)用(yong)(yong)較(jiao)普遍的熱(re)界面(mian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是(shi)導電銀膠，使(shi)用(yong)(yong)較(jiao)普遍的基板(ban)(ban)(ban)是(shi)陶(tao)瓷線(xian)路板(ban)(ban)(ban)。