在LED產(chǎn)業(yè)中,如果增加電流強度會使LED發(fā)光量成比例增加,可是LED芯片的發(fā)熱量也會隨之上升。因為在高輸入領(lǐng)域放射照度呈現(xiàn)飽和與衰減現(xiàn)象,這種現(xiàn)象主要是LED芯片發(fā)熱所造成,因此在制造高功率LED芯片時,必須先解決其散熱問題。
白光LED的發(fā)熱隨著輸入電流強度的增加而上升,會造成LED芯片的溫升效應(yīng),造成光輸出降低,因此LED封裝結(jié)構(gòu)與使用材料的挑選顯得非常重要。由于過去LED常使用低熱傳導(dǎo)率樹脂封裝,成為了影響LED散熱特性的原因之一,不過,近年來逐漸改用高熱傳導(dǎo)陶瓷,或是設(shè)有金屬板的樹脂封裝結(jié)構(gòu)。目前的高功率LED芯片常以LED芯片大型化、改善LED芯片發(fā)光效率、采用高取光效率封裝,以及大電流化等方式提高發(fā)光強度,常規(guī)的樹脂封裝不能滿足苛刻的散熱要求。
以往的傳統(tǒng)高散熱封裝是把LED芯片放置在金屬基板上周圍再包覆樹脂,可是這種封裝方式的金屬熱膨脹系數(shù)與LED芯片差異相當(dāng)大,當(dāng)溫度變化非常大或是封裝作業(yè)不當(dāng)時極易產(chǎn)生熱歪斜,進而引發(fā)芯片瑕疵或是發(fā)光效率降低。采用陶瓷封裝基板可以有效地解決熱歪斜問題。這主要是因為LED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁,氧化鋁的熱傳導(dǎo)率是環(huán)氧樹脂的55倍,氮化鋁則是環(huán)氧樹脂的400倍,因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導(dǎo)率為200W/mK的鋁,或是熱傳導(dǎo)率為400W/mK的銅質(zhì)金屬封裝基板。
我們都知道LED的封裝除了保護內(nèi)部LED芯片之外,還具有將LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。LED封裝要求LED芯片產(chǎn)生的光線可以高效率透身到外部,因此封裝必須具備高強度、高絕緣性、高熱傳導(dǎo)性與高反射性,讓人興奮的是陶瓷封裝幾乎具備上述所有特性,再說陶瓷耐熱性與耐光線劣化性也比樹脂優(yōu)秀。
未來發(fā)展高功率LED芯片時,必然會面臨熱歪斜問題,這是不能忽視的問題。高功率LED的封裝結(jié)構(gòu),不但要求能夠支持LED芯片磊晶接合的微細(xì)布線技術(shù),而且關(guān)于材質(zhì)的發(fā)展,雖然氮化鋁已經(jīng)高熱傳導(dǎo)化,但高熱傳導(dǎo)與反射率的互動關(guān)系卻成為新的問題。如果未來能提高氮化鋁的熱傳導(dǎo)率,并且具備接近陶瓷的熱膨脹系數(shù)的LED芯片時,解決高功率LED的熱歪斜問題就不在話下了。