大功率LED的散热封装
LED,封装,热分析,ANSYS
王耀明,王德苗,苏 达(浙江大学信息科学与工程学院,浙江杭州310027)
摘 要:如何提高大功率LED的散热性能,是LED器件封装及其应用的关键技术。提出了一种LED薄膜集成封装结构,利用磁控溅射技术制备了实验样品,依据动态电学法,采用金相显微镜和扫描电镜对样品的热阻和膜层性能进行了测试,通过对传热模型的仿真以及实验,分析了样品的散热性能。与现有的PCB封装结构相比,薄膜封装结构的散热性能远优于PCB结构,而且薄膜封装结构的工艺简单、成本低廉,适合于大规模的工业化生产,具有良好的应用前景。
关键词: 大功率LED,薄膜封装,热分析,ANSYS软件
中图分类号: TN 312. 8 文献标识码: A 文章编号: 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) ,是一种注入电致发光器件,以其耗电量少、光色纯、全固态、质量轻、体积小、环保等一系列的优点,成为21世纪最具发展前景的高技术产品之一。美国、欧盟、日本等国家纷纷出台计划,投入巨资加速其发展,以占领能源战略制高点。在中国,照明电能消耗约占全部电能消耗的12 % ～15 % ,作为能源消耗的大户,中国必须尽快寻找可以替代传统光源的新一代节能环保光源。
大功率LED封装由于结构和工艺复杂,一直是近年来该领域的研究热点。在当前的技术水平下,大功率LED只能将约10 % ～ 15 %的输入功率转化为光能,而将其余85 % ～90 %转化为热能 。
如果LED封装散热不良,会使芯片温度升高,引起应力分布不均、芯片发光效率降低、荧光粉转换效率下降等一系列后果,进而缩短LED的正常工作寿命 。近年来国际学术界普遍认为,提高封装散热能力是现阶段高功率LED亟待解决的关键技术之一 。现有的LED封装结构大都存在着热沉多、总热阻大这样一些共性的问题,极大制约了其传热性能与散热效率的进一步提高。
针对上述问题,文中提出了一种LED封装模块,采用了磁控溅射工艺,将必不可少的接口电极热沉、绝缘层以薄膜形式直接制作在金属散热器上,通过减少内部沉和热阻达到降低总热阻的目的。
.......
5 结 语
针对目前主流散热封装技术所存在的问题,提出了一种采用磁控溅射技术制备的大功率LED的薄膜封装结构。通过ANSYS仿真和实验对薄膜封装结构和PCB封装结构在散热性能上进行分析与比较,显示出该薄膜结构相对PCB封装结构而言,有以下几个优点:
1) 采用磁控溅射技术制备的薄膜封装结构,膜层致密,机械咬合性能好,工艺简单;
2) 薄膜封装结构散热性能远优于PCB结构;
3) 在环境温度为40 ℃高温时,薄膜封装结构仍然可以保证LED器件工作在低于90 ℃的安全温度下,适用于多芯片阵列式的白光照明系统。
文中提出的LED薄膜封装结构设计合理、性能可靠, 成为未来照明的最佳选择之一, 给以后的LED封装形式提供了一种借鉴与参考。
参考文献(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 ]吴慧颖,钱可元,胡飞,等. 倒装大功率白光LED热场分析与测试[ J ]. 光电子·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 ]钱可元,郑代顺,罗毅. GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析[ J ]. 半导体光电, 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级大功率白光LED 发光效率研究[ J ]. 半导体光电, 2005, 26 (4) : 3142316.L IBing2qian. Lumen efficiency of 1W2level high powerwhite LED[ J ]. SemiconductorOp toelectronics, 2005, 26 (4) : 3142316.
( in Chinese)
[ 5 ]苏达,王德苗. 大功率LED封装散热技术研究[ J ]. 半导体技术, 2007, 32 (9) : 7422744.SU Da, WANG De2miao. Technical research on heat2release package of high2power LEDs [ J ]. Semiconductor Technology,热设计 https://www.resheji.com 2007, 32 (9) : 7422744. ( in Chinese)
[ 6 ]马春雷,鲍超. 一种高功率LED热阻的测试方法[ J ]. 光学仪器, 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. 结温与热阻制约大功率LED发展[ J ]. 发光学报, 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. 有限单元法原理与应用[M ]. 北京:中国水利水电出版社, 1998: 2912293.
标签： 点击： 评论:
