大功率LED的散熱封裝
LED,封裝,熱分析,ANSYS
王耀明,王德苗,蘇 達(浙江大學信息科學與工程學院,浙江杭州310027)
摘 要:如何提高大功率LED的散熱性能,是LED器件封裝及其應用的關鍵技術。提出了一種LED薄膜集成封裝結構,利用磁控濺射技術制備了實驗樣品,依據動態電學法,采用金相顯微鏡和掃描電鏡對樣品的熱阻和膜層性能進行了測試,通過對傳熱模型的仿真以及實驗,分析了樣品的散熱性能。與現有的PCB封裝結構相比,薄膜封裝結構的散熱性能遠優于PCB結構,而且薄膜封裝結構的工藝簡單、成本低廉,適合于大規模的工業化生產,具有良好的應用前景。
關鍵詞: 大功率LED,薄膜封裝,熱分析,ANSYS軟件
中圖分類號: TN 312. 8 文獻標識碼: A 文章編號: 1671 - 7147 (2009) 01 - 0058 - 04
Thermal Design of High Power LED
(WANG Yao ming, WANG De miao)(College of Information Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
Abstract: The issue of heat2release ha s become the bigge st obstacle to the industrializa tion of high-power LED. To solve the se p roblems, the p roposes a new thin2film packaging p roduced by magnetron sputtering for high powe r LED. The the rma l performance is demonstrated through simulation of the heat transfer mode l and experiments. Compared with the current packaging, the results show that both the internal and total the rma l re sistances are much sma ller. Because of the simp le p roce ss and low co st, the structure ismo re app licable than othe rme thods.
Key words: high power LED, thin film packaging, heatmanagement, ANSYS
Light Emitting D iode (LED) ,是一種注入電致發光器件,以其耗電量少、光色純、全固態、質量輕、體積小、環保等一系列的優點,成為21世紀最具發展前景的高技術產品之一。美國、歐盟、日本等國家紛紛出臺計劃,投入巨資加速其發展,以占領能源戰略制高點。在中國,照明電能消耗約占全部電能消耗的12 % ～15 % ,作為能源消耗的大戶,中國必須盡快尋找可以替代傳統光源的新一代節能環保光源。
大功率LED封裝由于結構和工藝復雜,一直是近年來該領域的研究熱點。在當前的技術水平下,大功率LED只能將約10 % ～ 15 %的輸入功率轉化為光能,而將其余85 % ～90 %轉化為熱能 。
如果LED封裝散熱不良,會使芯片溫度升高,引起應力分布不均、芯片發光效率降低、熒光粉轉換效率下降等一系列后果,進而縮短LED的正常工作壽命 。近年來國際學術界普遍認為,提高封裝散熱能力是現階段高功率LED亟待解決的關鍵技術之一 。現有的LED封裝結構大都存在著熱沉多、總熱阻大這樣一些共性的問題,極大制約了其傳熱性能與散熱效率的進一步提高。
針對上述問題,文中提出了一種LED封裝模塊,采用了磁控濺射工藝,將必不可少的接口電極熱沉、絕緣層以薄膜形式直接制作在金屬散熱器上,通過減少內部沉和熱阻達到降低總熱阻的目的。
.......
5 結 語
針對目前主流散熱封裝技術所存在的問題,提出了一種采用磁控濺射技術制備的大功率LED的薄膜封裝結構。通過ANSYS仿真和實驗對薄膜封裝結構和PCB封裝結構在散熱性能上進行分析與比較,顯示出該薄膜結構相對PCB封裝結構而言,有以下幾個優點:
1) 采用磁控濺射技術制備的薄膜封裝結構,膜層致密,機械咬合性能好,工藝簡單;
2) 薄膜封裝結構散熱性能遠優于PCB結構;
3) 在環境溫度為40 ℃高溫時,薄膜封裝結構仍然可以保證LED器件工作在低于90 ℃的安全溫度下,適用于多芯片陣列式的白光照明系統。
文中提出的LED薄膜封裝結構設計合理、性能可靠, 成為未來照明的最佳選擇之一, 給以后的LED封裝形式提供了一種借鑒與參考。
參考文獻(References) :
[ 1 ] L IN Yuan2chang,Nguyen Tran, ZHOU Yan, et al. Materials challenges and solutions for the packaging of high powerLEDs[C ] ∥2006 InternationalMicrosystems, Packing, Assembly Conference Taiwan. Taibei: 2006: 124.
[ 2 ]吳慧穎,錢可元,胡飛,等. 倒裝大功率白光LED熱場分析與測試[ J ]. 光電子·激光, 2005, 16 (5) : 5112514. WU Hui2ying, Q IAN Ke2yuan , HU Fei, et al. Study on thermal performances of flip2chip high2powerwhite LEDs[ J ]. Journal of Op toelectronics·Laser, 2005, 16 (5) : 5112514. ( in Chinese)
[ 3 ]錢可元,鄭代順,羅毅. GaN基功率型LED芯片散熱性能測試與分析[ J ]. 半導體光電, 2006, 27 (3) : 2362239.Q IAN Ke2yuan, ZHENG Dai2shun, LUO Yi. Thermal dispersion of GaN2based power LEDs [ J ]. Semiconductor Op toelectronics, 2006, 27 (3) : 2362239. ( in Chinese)
[ 4 ]李炳乾. 1W級大功率白光LED 發光效率研究[ J ]. 半導體光電, 2005, 26 (4) : 3142316.L IBing2qian. Lumen efficiency of 1W2level high powerwhite LED[ J ]. SemiconductorOp toelectronics, 2005, 26 (4) : 3142316.
( in Chinese)
[ 5 ]蘇達,王德苗. 大功率LED封裝散熱技術研究[ J ]. 半導體技術, 2007, 32 (9) : 7422744.SU Da, WANG De2miao. Technical research on heat2release package of high2power LEDs [ J ]. Semiconductor Technology,熱設計 http://m.aji87.cn 2007, 32 (9) : 7422744. ( in Chinese)
[ 6 ]馬春雷,鮑超. 一種高功率LED熱阻的測試方法[ J ]. 光學儀器, 2005, 27 (2) : 13217.MA Chun2lei, BAO Chao. A novelmeasuringmethod of thermal resistance for high power LED [ J ]. Op tical Instruments, 2005,
27 (2) : 13217. ( in Chinese)
[ 7 ]余彬海,王垚浩. 結溫與熱阻制約大功率LED發展[ J ]. 發光學報, 2006, 26 (6) : 7612766.YU Bin2hai,WANG Yao2hao. Junction temperature and thermal resistance restrict the develop ing of high2power LED [ J ].
Chinese Journal of Lumine Science, 2006, 26 (6) : 7612766. ( in Chinese)
[ 8 ]朱伯芳. 有限單元法原理與應用[M ]. 北京:中國水利水電出版社, 1998: 2912293.
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