大功率LED散热封装技术研究的新进展

第４ｌ卷第１０期２００７年】Ｏ月

电力电子技术

ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ

Ｖ０１．４１．Ｎ０１０Ｏｃ［ｏｈｅｒ．２００７

大功率ＬＥＤ散热封装技术研究的新进展

苏达，王德苗

（浙江大学．浙江杭州３１００２７）

摘要：如何提高大功率发光二极管（“ｇｈｔ内部热沉可能是今后的发展方向。

Ｅｍｉｔｔｉｎｇ

Ｄｉｏｄｅ．简称ＬＥＤ）的散热能力，是ＬＥＤ器件封装和器件应用设

计要解决的核心问题。详细分析了国内外大功率ＬＥＤ散热封装技术的研究现状；总结了其发展趋势，并指出了减少

关键词：电力半导体器件；笈光二极管；光电元件；散热；封装

中围分类号：ＴＮ３１２

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－］００Ｘ（２００７）１０－００１３－０３

ＮｅｗＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

Ｈｅａｔ ＲｅｌｅａｓｅＰａｃｋａｇｅ

ｏｆＨｉｇｈ．ＰｏｗｅｒＬＥＤｓ

ＳｕＤａ．ＷＡＮＧＤｅ．ｍＪａｏ

（ＺｈｅｊｉｏａｇＵｎｉｖｅｒｓ盼，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７．Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｗ

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ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅ；ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ；Ｄｂｏｔｏｄｅｖｉｃｅ；ｈｅａｔｍｌｅｗｓｅ；ｐａｃｋａｇｅ

１引言

部分．所以其热量不能依靠辐射释放。因此。如何提

发光＝极营（ＬＥＤ）诞生至今．已经实现了全彩化和高亮度化．并在蓝光ＬＥＤ和紫光ＬＥＤ的基础上开发了白光ＬＥＤ。它为人类照明史叉带来了一次飞跃。与白炽灯和荧光灯相比，ＬＥＤ以其体积小．全固态．长寿命，环保，省电等一系列优点．已广泛用于汽车照明、装饰照明、手机闪光灯、大中尺寸，即ＮＢ

高散热能力是大功率ＬＥＤ实现产业化岖待解决的

关键技术难题之一【ＩＩ。

２热效应对大功率ＬＥＤ的影响

对于单个ＬＥＤ而言．如果热量集中在尺寸很

小的芯片内而不能有效散出．则会导致芯片的温度升高．引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明，当温度超过一定值时．器件的失效率将呈指数划律攀升．元件温度每上升２℃，可靠性将下降ｌＯ％ｔ２】。为了保证器件的寿命，一般要求ｐｎ结的结温在１１０℃以下。随着ｐｎ结的温升，自光ＬＥＤ器件的发光波长将发生红移。据统计资料表明．在１００℃的温度下．波长可以红移４—９ｎｌｒｌ．从而导致ＹＡＧ荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近．温度每升高ｌ℃．ＬＥＤ的发光强度会相应减少ｌ％左右．当器件从环境温度上升到１２００Ｃ时，亮度下降多达３５％。当多个ＬＥＤ密集排列组成白光照明系统时．热量的耗散问题更严重。因此解决散热问题已成为功率型ＬＥＤ应用的先决条件。

和ＬＣＤ州等显示屏光源模块中．已经成为２ｌ世纪

最具发展前景的高技术领域之一。

ＬＥＤ是一种注入电致发光器件．由Ⅲ一Ⅳ族化合物．如磷化镓（ＧａＰ）、磷砷化镓（ＧａＡｓＰ）等半导体制成。在外加电场作用下．电子与空穴的辐射复合而发生的电致作用将一部分能量转化为光能，即量子效应．而无辐射复合产生的品格振荡将其余的能量转化为热能。目前，高亮度白光ＬＥＤ在实验室中已经达到１００１ｒａ／Ｗ的水平．５０１ｍ／Ｗ的大功率白光ＬＥＤ也已进入商业化，单个ＬＥＤ器件也从起初的几毫瓦一跃达到了１．５ｋＷ。对大于１Ｗ级的大功率

ＬＥＤ而言．目前的电光转换效率约为１５％，剩余的

８５％转化为热能，而芯片尺寸仅为ｌｍｍｘｌｍｍ一２．５ｍｍｘ２．５ｒａｍ．意即芯片的功率密度很大。与传统的照明器件不同，自光ＬＥＤ的发光光谱中不包含红外

定稿日期：２００７－０８－３Ｉ

３国内外的研究进展

针对高功率ＬＥＤ的封装散热难题．国内外的器

件设计者和制造者分别在结构、材料以及工艺等方

面对器件的热系统进行了优化设计。例如．在封装结构上，采用人面积芯片倒装结构、金属线路板结构、

１３

作者简介：苏ｉ主（１９８４一），－／ｒ 湖北武志人 博士。研宄

方向为ＬＥＤ嚣件。

万方数据