隨著LED照明的需求日趨迫切,高功率LED的散熱問題益發(fā)受到重視,因為過高的溫度會導(dǎo)致LED發(fā)光效率衰減;LED運(yùn)作所產(chǎn)生的廢熱若無法有效散出,則會直接對LED的壽命造成致命性的影響,因此,近年來高功率LED散熱問題的解決成為許多相關(guān)業(yè)者的研發(fā)標(biāo)的。
對于大功率照明LED散熱技術(shù),各家公司可說是各顯神通,例如臺灣的光海科技便發(fā)展出‘COHS封裝散熱技術(shù)’,光?萍际抢帽旧磔d板設(shè)計能力的優(yōu)勢,將LED直接封裝在高導(dǎo)熱性的銅基座上,銅的高導(dǎo)熱性就如同散熱器的角色,再加上以電路設(shè)計及自有工藝克服絕緣膜與銅材質(zhì)間的附著性問題,便發(fā)展出所謂的COHS技術(shù)(Chips On Heat Sink),并已擁有47項COHS相關(guān)專利。
COHS散熱技術(shù)前景可期
光海科技表示,該公司的‘COHS散熱技術(shù)’有別于傳統(tǒng)COB封裝方式,省去了芯片與基座間不必要的熱阻材,且采用比鋁的導(dǎo)熱性更佳的銅做為基板,而針對60W以上的燈芯模塊,更加入了均溫板的概念,能將熱能更快速地傳導(dǎo)開來。整體而言,此技術(shù)的優(yōu)點包括模塊熱阻低、容易控制結(jié)面溫度、可提供量測結(jié)面溫度的測試點、具低成本包裝的結(jié)構(gòu)、安裝簡易、散熱效果佳等等。目前光?萍嫉漠a(chǎn)品已實際應(yīng)用在山東省慶云縣的LED路燈工程、北京市大興區(qū)LED路燈工程及各式室內(nèi)、室外照明等。
在日前于韓國產(chǎn)業(yè)技術(shù)大學(xué)中舉辦的新產(chǎn)品測試中,光?萍120瓦(W)模塊的電極溫度約為攝氏70度,其他公司60瓦等級模塊的電極溫度卻高達(dá)攝氏150度,后者的功率未及光海產(chǎn)品一半,電極溫度卻高出許多,足見光海散熱技術(shù)的優(yōu)勢。據(jù)了解,為求進(jìn)軍韓國市場,光海科技將投資1,000萬美元于南韓京畿道建設(shè)產(chǎn)線。
COHS散熱技術(shù)是采用銅基板,目前另一頗受注目的散熱技術(shù)則是采用陶瓷基板,由陶瓷基板的成本頗具競爭力,且具有與半導(dǎo)體有接近的熱膨脹系數(shù)與高耐熱能力,能有效地解決熱歪斜及高溫工藝問題,因此,F(xiàn)階段許多公司紛紛投入陶瓷基板技術(shù)的研發(fā),例如同欣電子。
陶瓷基板散熱
同欣電子總經(jīng)理劉煥林便表示,LED陶瓷基板將是同欣電子未來的主要成長動能。該公司的產(chǎn)品為DPC陶瓷基板,F(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有HTCC、LTCC、DBC、DPC四種,其中,DPC(Direct Plate Copper)是將陶瓷基板利用真空濺鍍鍍上銅層,再利用顯影工藝制造線路,其工藝結(jié)合材料與薄膜工藝技術(shù),為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。
基本上,LED散熱基板主要分為金屬與陶瓷基板。金屬基板以鋁或銅為材料,由于技術(shù)成熟,且具成本優(yōu)勢,目前為一般LED產(chǎn)品所采用。而陶瓷基板線路對位精確度高,為業(yè)界公認(rèn)導(dǎo)熱與散熱性能極佳材料,是目前高功率LED散熱最適方案,雖然成本比金屬基板來得高,但照明要求的散熱性及穩(wěn)定性高于筆記本電腦、電視等電子產(chǎn)品,因此,包括Cree、歐司朗、飛利浦及日亞化等國際大廠,都使用陶瓷基板作為LED晶粒散熱材質(zhì)。
比較各種陶瓷散熱技術(shù),其中,HTCC(高溫共燒多層陶瓷基板)屬于較早期發(fā)展之技術(shù),但由于其較高的工藝溫度(1300到1600℃),使其電極材料的選擇受限,且制作成本相當(dāng)昂貴,目前漸漸被LTCC取代。此外,DPC陶瓷基板導(dǎo)熱效果又優(yōu)于低溫陶瓷共燒(LTCC)與散熱鋁基板,因此DPC陶瓷基板散熱技術(shù)近年頗受看好,同欣電子表示,該公司目前陶瓷基板仍供不應(yīng)求,產(chǎn)能方面鶯歌廠月產(chǎn)能30萬片(每片為4吋×4吋,每片顆數(shù)為440到890顆(視設(shè)計而定),菲律賓廠月產(chǎn)能10萬片,近期將有5萬片新產(chǎn)能加入,整體而言,由于LED取代傳統(tǒng)照明為未來趨勢,因此同欣電子將長期獲益自此一應(yīng)用。
被動組件業(yè)者順勢跨入
看好陶瓷基板在LED散熱的應(yīng)用,大毅除被動組件與保護(hù)組件的制造外,于2010年更進(jìn)一步投入LED散熱基板市場;制造高功率LED散熱基板,該公司是利用目前既有的專業(yè)保護(hù)組件黃光微影薄膜工藝以及精密電鑄技術(shù)能力,加上由該公司自行研發(fā)的雷射切割鑿孔設(shè)備,導(dǎo)入氧化鋁以及氮化鋁作為散熱基板材料,納入生產(chǎn)工藝開始進(jìn)行量產(chǎn),可滿足LED產(chǎn)品封裝的設(shè)計與散熱需求。
大毅科技董事長江財寶表示,由于LED陶瓷散熱基板的工藝與大毅現(xiàn)有的保護(hù)組件產(chǎn)品工藝相仿,并且在材料與設(shè)備上更是有許多相同之處,因此能利用原本保護(hù)組件使用的陶瓷基板工藝共通性,制造出高功率LED散熱用陶瓷基板產(chǎn)品。他并指出,大毅科技推出的高功率散熱基板已送各LED封裝大廠認(rèn)證,且將積極針對LED散熱基板產(chǎn)品進(jìn)行三大領(lǐng)域布局,一為晶粒封裝市場,鎖定億光等LED封裝大廠客戶;其次為LED 照明基板,第三為LED背光源基板。目前大毅在前兩項領(lǐng)域已開始小量出貨。
同樣是從保護(hù)組件跨入LED散熱基板的業(yè)者還有璦司柏電子,該公司總經(jīng)理莊弘毅表示,璦司柏電子是由保護(hù)組件起家,成立于2009年6月,目前營運(yùn)項目以精密陶瓷之線路設(shè)計為主、而主要工藝有薄膜散熱基板、黃光微影等技術(shù)等。莊弘毅表示,海內(nèi)外大廠為節(jié)省LED組件空間并兼顧線路保護(hù)的功能,多希望將保護(hù)組件直接建立陶瓷基板中,而不需要再額外添加保護(hù)組件,如防靜電的二極管,而璦司柏目前所研發(fā)的新產(chǎn)品,便是在線路設(shè)計時將保護(hù)組件放入,如此就不需額外置入,可大幅節(jié)省成本,且此種技術(shù)可將體積縮小,減少20%~30%的空間。此外,璦司柏自行開發(fā)的多層導(dǎo)通孔結(jié)構(gòu)增加了熱傳導(dǎo)的路徑,可降低LED晶粒與陶瓷散熱基板的熱阻,更能有效提升LED發(fā)光效率。
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