大功率LED的封装及其散热基板研究

LED 散热分析 基板

半导体光电#2007年2月第28卷第1期李华平等: 大功率LED的封装及其散热基板研究

光电器件

大功率LED的封装及其散热基板研究

李华平1,2,3,柴广跃3,彭文达3,牛憨笨3

(1.中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安710068;

2.中国科学院研究生院,北京100864;3.深圳大学光电子学研究所,广东深圳518060)

摘 要: 从解决大功率发光二极管散热和材料热膨胀系数匹配的角度,介绍了几种典型的封装结构及金属芯线路板(MCPCB)的性能,并简要分析了其散热原理。最后介绍了等离子微弧氧化(MAO)工艺制作的铝芯金属线路板,低成本、低热阻、性能稳定、便于加工和进行多样结构的封装是其突出优点。对采用MAO工艺的MCPCB基板封装的瓦级单芯片LED进行了热场的有限元模拟,结果显示其热阻约为10K/W;当微弧氧化膜热导率由2W m-1 K-1升高到5W m-1 K-1时,热阻将降至6K/W。

关键词: 功率型LED;封装;金属芯线路板;等离子微弧氧化;有限元法;多芯片安装中图分类号:TN252 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2007)01-0047-04

PackageandMCPCBforHigh powerLEDs

LIHua ping1,2,3,CHAIGuang yue3,PENGWen da3,NIUHan ben3

(1.Xi anInstituteofOpticsandPrecessionMechanics,ChineseAcademyofSciences,Xi an710068,CHN;

2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100864,CHN;3.InstituteofOptoelectronics,ShenzhenUniversity,Shenzhen518060,CHN)

Abstract: FromthepointofviewofsolvingtheheatdissipationandthematchingbetweenheatexpansioncoefficientsofthematerialsforhighpowerLEDs,thepackagestructureandtheperformancesofseveraltypesofmetalcoreprintedcircuitboard(MCPCB)havebeenpresentedindetailaswellasabriefanalysisontheconceptionofheatdissipasion.AspecialMCPCBfabricatedbyplasmaelectrolyteoxidation(PEO)isintroduced,whichischaracterizedbylowcost,goodelectricalisolation,excellentthermaltransferanditsconvenienceforpackageprocesses.Andfiniteelementmethod(FEM)hasbeenusedtosimulatethetemperaturedistributioninwatt levelsingle chipLEDmodel.TheresultsshowthatthethermalimpedanceoftheLEDdevicesreducesfrom10K/Wto6K/Wwhenthethermalconductivityoftheplasmamicroarcoxidation(MAO)filmrisesfrom2W m-1 K-1to5W m-1 K-1.

Keywords: highpowerLED;packaging;MCPCB;PEO;FEM;multi chipmount

1 引言

与普通光源比,大功率LED具有省电、寿命长及反应时间快等优点,在城市景观、LCD背光板、交通标志、汽车尾灯照明和广告招牌等方面有着广泛的应用。LED芯片的有源区面积小,工作电流大,

收稿日期:2006-01-20.

造成LED芯片的工作温度高。结温上升导致LED输出光功率减小,加速芯片蜕化,器件寿命缩短。随结温的上升LED的波长还将发生 红移!(橙红色和

琥珀色的LED色漂移的视觉效应更显著)。如果要考虑到实际应用中对色漂移的不良影响,热设计也要对最高结温进行限制。

芯片的热量通过内热通路传导至热沉,热沉通

[1,2]