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。
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