LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，被稱為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。統(tǒng)計(jì)表明：如果中國50%的光源換用LED，將可實(shí)現(xiàn)年節(jié)電2100億千瓦時(shí)，相當(dāng)于再建2.5座三峽工程。同時(shí)，其在壽命、應(yīng)用靈活性等方面也具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，將成為未來照明的必定發(fā)展方向。

LED的發(fā)光原理是直接將電能轉(zhuǎn)換為光能，其電光轉(zhuǎn)換效率大約為20％—30％，光熱轉(zhuǎn)換效率大約為70％—80％。隨著芯片尺寸的減小以及功率的大幅度提高，導(dǎo)致LED結(jié)溫居高不下，引起了光強(qiáng)降低、光譜偏移、色溫升高、熱應(yīng)力增高、元器件加速老化等一系列問題，大大降低了LED的使用壽命。結(jié)溫也是衡量LED封裝散熱性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，當(dāng)結(jié)溫上升超過最大允許溫度時(shí)(150℃)，大功率LED會(huì)因過熱而損壞。因此在大功率LED封裝設(shè)備中，散熱是限制其發(fā)展的瓶頸，也是必須解決的關(guān)鍵問題。

目前全球LED產(chǎn)業(yè)解決散熱問題無非從三個(gè)方面提升，一個(gè)是封裝結(jié)構(gòu)，一個(gè)是封裝材料，還有就是散熱基板。只有把熱量散發(fā)出去才能解決根本問題。

目前應(yīng)用在散熱陶瓷pcb板封裝結(jié)構(gòu)主要有三種：

一、倒裝芯片結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的正裝芯片，電極位于芯片的出光面，所以會(huì)遮擋部分出光，降低芯片的出光效率。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的PN結(jié)產(chǎn)生的熱量通過藍(lán)寶石襯底導(dǎo)出去，藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系數(shù)較低且傳熱路徑長，因而這種結(jié)構(gòu)的芯片熱阻大，熱量不易散發(fā)出去。從光學(xué)角度和熱學(xué)角度來考慮，這種結(jié)構(gòu)存在一些不足。為了克服正裝芯片的不足，2001年Lumileds Lighting公司研制了倒裝結(jié)構(gòu)芯片。該種結(jié)構(gòu)的芯片，光從頂部的藍(lán)寶石取出，消除了電極和引線的遮光，提高了出光效率，同時(shí)襯底采用高導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷線路板，大大提高了芯片的散熱效果。

二、微噴結(jié)構(gòu)

在該封裝系統(tǒng)中，流體腔體中的流體在一定的壓力作用下在系列微噴口處形成強(qiáng)烈的射流，該射流直接沖擊LED芯片基板下表面并帶走LED芯片產(chǎn)生的熱量，在微泵的作用下，被加熱的流體進(jìn)入小型流體腔體向外界環(huán)境釋放熱量，使自身溫度下降，再次流入微泵中開始新的循環(huán)。類似于電腦主板的水冷散熱，這種微噴結(jié)構(gòu)具有散熱效高、LED芯片基板的溫度分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，但微泵的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的影響很大，同時(shí)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜運(yùn)行成本較高。

三、熱電制冷結(jié)構(gòu)

熱電制冷器是一種半導(dǎo)體器件，其PN結(jié)由兩種不同的傳導(dǎo)材料構(gòu)成，一種攜帶正電荷，另一種攜帶負(fù)電荷，當(dāng)電流通過結(jié)點(diǎn)時(shí)，兩種電荷離開結(jié)區(qū)，同時(shí)帶有熱量，以達(dá)到制冷的目的。類似于空調(diào)制冷原理。但是技術(shù)尚不成熟，無法批量應(yīng)用。

從上述可以看出，LED總體散熱效果與各界面之間的散熱有很大關(guān)系，那么完全可以降低某界面熱阻來提升散熱效果。封裝材料就算其一，封裝材料主要就是基板和膠水。目前，LED封裝膠水常用的有導(dǎo)熱膠、導(dǎo)電銀膠還有最新的熒光陶瓷膠。

影響陶瓷pcb板散熱性能的封裝膠水分類：

一、導(dǎo)熱膠

常用導(dǎo)熱膠的主要成分是環(huán)氧樹脂，因而其導(dǎo)熱系數(shù)較小，導(dǎo)熱性能差，熱阻大。為了提高其熱導(dǎo)性能，通常在基體內(nèi)部填充高導(dǎo)熱系數(shù)材料如三氧化二鋁、氮化硼、碳化硅等。導(dǎo)熱膠具有絕緣、導(dǎo)熱、防震、安裝方便、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其導(dǎo)熱系數(shù)很低(一般低于1w／mk)，因而只能應(yīng)用在對(duì)散熱要求不高的LED封裝器件上。如果LED功率過大，導(dǎo)熱系數(shù)就跟不上需求，同樣會(huì)產(chǎn)生大量結(jié)溫。

二、導(dǎo)電銀膠

導(dǎo)電銀膠是GeAs、SiC導(dǎo)電襯底LED，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片LED封裝點(diǎn)膠或備膠工序中關(guān)鍵的封裝材料，具有固定粘結(jié)芯片、導(dǎo)電和導(dǎo)熱、傳熱的作用，對(duì)LED器件的散熱性、光反射性、VF特性等具有重要的影響。但是技術(shù)不是很成熟，成本價(jià)格較高，并未普及。

四、熒光陶瓷膠

具有光學(xué)質(zhì)量最好、性能最高、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)。屬于新型技術(shù)，比傳統(tǒng)導(dǎo)電膠好很多，但是還處于實(shí)驗(yàn)階段，尚未成型。

通過以上的分析，可以看出，真正的散熱界面材料基本都還在研制當(dāng)中，應(yīng)用還需要一定的時(shí)日。LED封裝器件的某條散熱途徑是從LED芯片到鍵合層到內(nèi)部熱沉到散熱基板最后到外部環(huán)境，可以看出散熱基板對(duì)LED封裝散熱的重要性，因而散熱基板必須具有以下特征：高導(dǎo)熱性、絕緣性、穩(wěn)定性、平整性和高強(qiáng)度。

一、金屬基板

金屬基板是在原有的印制電路板粘結(jié)在導(dǎo)熱系數(shù)較高的金屬上(銅、鋁等)，以達(dá)到提高電子器件的散熱效果。是連接內(nèi)外散熱通路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，金屬基板的優(yōu)點(diǎn)是成本比較低，能夠大規(guī)模生產(chǎn)，但也存在一定的缺點(diǎn)：①導(dǎo)熱系數(shù)低，MCPCB的熱導(dǎo)率可達(dá)到1—2.2W／(m·K)。②金屬基板結(jié)構(gòu)中的絕緣層厚度要適中，既不能太厚也不能太薄。絕緣層太厚增加了整個(gè)金屬基板的熱阻影響散熱效果；絕緣層太薄，如果施加在金屬基板上的電壓過高會(huì)擊穿絕緣層，導(dǎo)致短路。

二、陶瓷基板

由陶瓷燒結(jié)而成的基板散熱性佳、耐高溫、耐潮濕、崩潰電壓、擊穿電壓也較高，并且其熱膨脹系數(shù)匹配性佳，有減少熱應(yīng)力及熱形變的特點(diǎn)。因此，陶瓷基板成為大功率LED封裝中的重要基板材料。目前最見用的陶瓷材料主要有氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅等。

從封裝結(jié)構(gòu)到封裝材料詮釋陶瓷線路板總結(jié)：

      1）在大功率LED封裝器件中，要實(shí)現(xiàn)低熱阻、散熱快的目的，封裝材料成為關(guān)鍵技術(shù)所在，努力尋找更優(yōu)良的封裝材料以提高LED封裝器件的散熱是今后的熱點(diǎn)話題。

      2）要解決大功率LED封裝器件的散熱問題，必須選擇合適的封裝材料(包括熱界面材料和基板材料等)。在選擇熱界面材料及基板材料的過程中，應(yīng)根據(jù)合適的場(chǎng)合選擇合適的材料。一般大功率LED封裝中使用較普遍的熱界面材料是導(dǎo)電銀膠，使用較普遍的基板是陶瓷線路板。

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