散热是大功率LED需要解决的大问题。散热不好,芯片温度过高,就会加速器件和荧光 粉的老化,使LED产生光衰、颜色漂移、缩短寿命等,严重时甚至会烧毁芯片。温度升高后, 蓝光LED的波长变长,使白光LED的色温变化。如果蓝光波长偏离太多,就会降低荧光粉 的转换效率和出光率,同时还会改变LED辐射的光波波长,最终造成LED的色温、色度发 生变化,影响发光的质量。反之,如果散热效果好,则可以提高白光LED的效率,增大功率 输出,提高LED的光学性能和可靠性等。
工程上,为了表征系统的散热性能的好坏,引入参数“热阻”,它的定义是:在热平衡的 条件下两规定点(或区域)之间的温度差与产生温度差的热耗散功率之比。热阻的单位为K/W 或^~,热阻值越小,表明系统的散热效果越好。
解决白光LED散热问题的主要措施是采用新型的封装结构和封装材料、粘结材料等。在 封装结构上,可以采用前面提到的倒装芯片结构(见图芯片安装在硅基体上,由于 硅的良好导热性(比GaAs衬底的导热率高3倍),热量很容易散发出来,其热阻可降低至 10°C/W (传统炮弹型LED的热阻高达300°C/W)。一般倒装芯片可以用表面贴装方式安装到 金属电路板上,再加上外部的铝热衬,能够使器件的散热效果进一步增强。此外,把封装外 壳改为扁平式、缩短LED结点与插脚之间的距离、加大引线的直径和k寸和用更好的导热材 料制作引脚等措施,也有利于器件的散热。
在外壳封装材料上,可以采用散热性能较好的陶瓷封装代替传统的热传导性能差的树脂 封装,这样做既可以提高散热性能,又可以减少封装面积和厚度,仅为原来厚度的1/5。
LED芯片衬底与管座的粘结对它的散热性能影响很大,应当选用导热性能好的粘结材料, 并在批量生产中尽量减少粘结厚度。目前使用的粘结材料有导热胶、导电型银浆和锡浆。导热 胶的硬化温度一般低于150°C,甚至可以在室温下固化,但其导热性较差;导电性银浆的硬化 温度一般低于200°C,既有良好的导热性,又有较高的粘结强度;锡浆是3种材料中最好的, 一般用于金属之间的焊接,导电性也十分优越。粘结厚度的大小对芯片散热的影响很大,减小 粘结胶的厚度,如由lOOpm减小为2(^m,其热阻会大大降低,仅为原来的1/5〜1/6。
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