摘 要：文章介紹了作者所在單位開發(fā)的DCJG—S（疊層結(jié)構(gòu)）技術(shù)在大功率led封裝上的應(yīng)用。該技術(shù)解決了大功率led固態(tài)照明熱處理方面的問題——大量熱量的疏導(dǎo)，為固態(tài)照明的廣泛應(yīng)用提供了新的解決方案。

關(guān)鍵詞：led照明；熱阻；固態(tài)照明；

1、LED固態(tài)照明簡述

led固態(tài)照明是繼白熾燈發(fā)明以來最重要的照明革命。由于半導(dǎo)體材料將電能直接轉(zhuǎn)化為光，所以led固態(tài)照明與傳統(tǒng)照明光源最大的不同在于它的光線不是由熱而發(fā)光，是真正意義上的綠色光源，具有壽命長、能耗低、發(fā)光效率高、穩(wěn)定性好、無頻閃、無紅外和紫外線輻射等優(yōu)點，并且發(fā)出的光色度純。

LED固態(tài)照明的研究領(lǐng)域包括七個方面：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)、壽命、量子效率、可靠性和可控性、降低成本。本文所介紹的主要著眼于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及多芯片封裝結(jié)構(gòu)的熱處理技術(shù)。

2 LED固態(tài)照明的熱問題及其影響

2.1 LED散熱問題及其影響

為了適應(yīng)通用照明的需要，固態(tài)照明光源迫切需要解決單個芯片散熱問題，以及多芯或多個led燈管集成組成的散熱問題，其熱聚效應(yīng)及熱阻過大，直接導(dǎo)致LED結(jié)溫升高。據(jù)有關(guān)資料分析，大約70%的故障來自于LED的結(jié)溫過高，并且在負(fù)載為額定功率一半的情況下，溫度每升高20℃，故障率就上升1倍。

2.2 LED熱的傳導(dǎo)和疏散

LED固態(tài)照明光源需要解決如下幾個環(huán)節(jié)的散熱問題：芯片結(jié)到外延層；外延層到封裝基板；封裝基板到冷卻裝置。這三個環(huán)節(jié)構(gòu)成固態(tài)照明光源熱傳導(dǎo)的通道，熱傳導(dǎo)的通道上任何薄弱環(huán)節(jié)的失敗都會使led光源毀于一旦。為了取得更好的導(dǎo)熱效果，在三個環(huán)節(jié)上都需要采用熱導(dǎo)系數(shù)高的材料。筆者重點論述熱阻設(shè)計的第三個環(huán)節(jié)，即封裝基板到冷卻裝置。

　　3、封裝基板到冷卻裝置
　　3.1大功率LED固體照明開發(fā)現(xiàn)狀
　　單芯片W級功率LED現(xiàn)已達(dá)到1W、3W和5W。然而實際上大功率LED的發(fā)熱量卻比小功率LED高數(shù)十倍以上，而且溫升還會使發(fā)光效率大幅下跌，即使封裝技術(shù)允許，熱量高不過led芯片的接合溫度卻有可能超過容許值。因此低功率多芯片式多個LED組合成LED固體照明光源，在實際使用中更為普及，在散熱問題上相對處理較容易，例松下公司推出64只芯片組封裝的大功率LED，日亞公司推出的多芯片組合的LED固體照明光源，其光通量可達(dá)600LM，輸出光通量為1000LM時，耗電量30W，最大輸入功率為50W，發(fā)光效率達(dá)33LM/W。
　　傳統(tǒng)的led燈封裝結(jié)構(gòu)，一般是用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺上，由金絲線完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹脂封裝而成，其熱阻高達(dá)250℃-300℃。對于功率型led芯片，可采用低阻率、高導(dǎo)熱性的材料粘結(jié)芯片；在芯片下部加銅或鋁等金屬熱沉，并采用半封裝結(jié)構(gòu)，加速散熱降低熱阻。
　　3.2一種疊層結(jié)構(gòu)（DCJG-S）LED固體照明設(shè)計
　　封裝基板散熱設(shè)計，首先通過提高材料熱導(dǎo)系數(shù)，降低熱膨脹系數(shù)不匹配度來增強(qiáng)LED熱處理性。其次要考慮散熱通道及散熱板的熱容量，散熱通道暢通，散熱好，散熱板熱容量大，熱傳導(dǎo)性能好，熱阻小，LED結(jié)升溫就慢，對led發(fā)光性能就有很好保障，也就能實現(xiàn)多個LED集群式封裝。
　　如圖1，疊層結(jié)構(gòu)（DCJG-S）為

圖1	圖1.1	圖2

　　雙面線路板2，兩端焊接有散熱金屬板1，LED芯片3直接焊裝在散熱金屬板上，再通過金絲焊線，連接另一端的金屬散熱板。金屬散熱板既是led封裝基板，也是連接外部的冷卻裝置，LED供電通過雙面線路板傳至兩端金屬散熱板。
　　該種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)，就可實