發布日期：2022-04-26 點擊率：115
隨著全球環保的意識抬頭，節能省電已成為當今的趨勢。LED產業是近年來最受矚目的產業之一。發展至今，LED產品已具有節能、省電、高效率、反應時間快、壽命周期長、且不含汞，具有環保效益；等優點。然而通常LED高功率產品輸入功率約為20％能轉換成光，剩下80％的電能均轉換為熱能。
一般而言，LED發光時所產生的熱能若無法導出，將會使LED結面溫度過高，進而影響產品生命周期、發光效率、穩定性，而LED結面溫度、發光效率及壽命之間的關系，以下將利用關系圖作進一步說明。
1、LED散熱途徑
依據不同的封裝技術，其散熱方法亦有所不同，而LED各種散熱途徑方法約略可以下示意之：
散熱途徑說明：
(1)。從空氣中散熱
(2)。熱能直接由Systemcircuitboard導出
(3)。經由金線將熱能導出
(4)。若為共晶及Flipchip制程，熱能將經由通孔至系統電路板而導出
一般而言，LED晶粒(Die)以打金線、共晶或覆晶方式連結于其基板上(SubstrateofLEDDie)而形成一LED晶片(chip)，而后再將LED晶片固定于系統的電路板上(Systemcircuitboard)。因此，LED可能的散熱途徑為直接從空氣中散熱，或經由LED晶粒基板至系統電路板再到大氣環境。而散熱由系統電路板至大氣環境的速率取決于整個發光燈具或系統之設計。然而，現階段的整個系統之散熱瓶頸，多數發生在將熱量從LED晶粒傳導至其基板再到系統電路板為主。此部分的可能散熱途徑：其一為直接藉由晶粒基板散熱至系統電路板，在此散熱途徑里，其LED晶粒基板材料的熱散能力即為相當重要的參數。另一方面，LED所產生的熱亦會經由電極金屬導線而至系統電路板，一般而言，利用金線方式做電極接合下，散熱受金屬線本身較細長之幾何形狀而受限；因此，近來即有共晶(Eutectic)或覆晶(Flipchip)接合方式，此設計大幅減少導線長度，并大幅增加導線截面積，如此一來，藉由LED電極導線至系統電路板之散熱效率將有效提升。經由以上散熱途徑解釋，可得知散熱基板材料的選擇與其LED晶粒的封裝方式于LED熱散管理上占了極重要的一環，后段將針對LED散熱基板做概略說明。
2、LED散熱基板
LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身具有較佳的熱傳導性，將熱源從LED晶粒導出。因此，我們從LED散熱途徑敘述中，可將LED散熱基板細分兩大類別，分別為LED晶粒基板與系統電路板，此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發光時所產生的熱能，經由LED晶粒散熱基板至系統電路板，而后由大氣環境吸收，以達到熱散之效果。
2.1系統電路板
系統電路板主要是作為LED散熱系統中，最后將熱能導至散熱鰭片、外殼或大氣中的材料。近年來印刷電路板(PCB)的生產技術已非常純熟，早期LED產品的系統電路板多以PCB為主，但隨著高功率LED的需求增加，PCB之材料散熱能力有限，使其無法應用于其高功率產品，為了改善高功率LED散熱問題，近期已發展出高熱導系數鋁基板(MCPCB)，利用金屬材料散熱特性較佳的特色，已達到高功率產品散熱的目的。然而隨著LED亮度與效能要求的持續發展，盡管系統電路板能將LED晶片所產生的熱有效的散熱到大氣環境，但是LED晶粒所產生的熱能卻無法有效的從晶粒傳導至系統電路板，異言之，當LED功率往更高效提升時，整個LED的散熱瓶頸將出現在LED晶粒散熱基板。
2.2LED晶粒基板
LED晶粒基板主要是作為LED晶粒與系統電路板之間熱能導出的媒介，藉由打線、共晶或覆晶的制程與LED晶粒結合。而基于散熱考量，目前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板為主，以線路備制方法不同約略可區分為：厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷、以及薄膜陶瓷基板三種，在傳統高功率LED元件，多以厚膜或低溫共燒陶瓷基板作為晶粒散熱基板，再以打金線方式將LED晶粒與陶瓷基板結合。如前言所述，此金線連結限制了熱量沿電極接點散失之效能。因此，近年來，國內外大廠無不朝向解決此問題而努力。其解決方式有二，其一為尋找高散熱系數之基板材料，以取代氧化鋁，包含了矽基板、碳化矽基板、陽極化鋁基板或氮化鋁基板，其中矽及碳化矽基板之材料半導體特性，使其現階段遇到較嚴苛的考驗，而陽極化鋁基板則因其陽極化氧化層強度不足而容易因碎裂導致導通，使其在實際應用上受限，因而，現階段較成熟且普通接受度較高的即為以氮化鋁作為散熱基板；然而，目前受限于氮化鋁基板不適用傳統厚膜制程(材料在銀膠印刷后須經850℃大氣熱處理，使其出現材料信賴性問題)，因此，氮化鋁基板線路需以薄膜制程備制。以薄膜制程備制之氮化鋁基板大幅加速了熱量從LED晶粒經由基板材料至系統電路板的效能，因此大幅降低熱量由LED晶粒經由金屬線至系統電路板的負擔，進而達到高熱散的效果。
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