LED封装材料的选择及现今材料的适用类型

    现今，LED越来越亮。为了满足一般照明市场的需求，LED必须将传统白炽灯与卤素灯泡的流明输出匹配（通常在相同的尺寸范围内），而且这个任务也是一个热挑战。

    普遍的高亮度（HB）LED只能将约45％的能量转化为光，其余的以热量出现。这种热量需要尽可能快地从LED上导出，以防止LED过热及发生潜在的灾难性故障。这种HB LED的功率输入增加加速了更多的功率进入LED，反过来产生更多的热量。

    这种情况是LED制造商面临的挑战，目前市场上已经有许多不同的方法来克服了。所有的都是从LED封装开始，因为封装提供了许多功能：它不仅为LED芯片提供物理保护，并将LED固定在灯具上，但这也意味着LED芯片处于密封的封装环境中，这大大地阻止了对流和辐射带来的散热，而把LED只能靠从封装背面通过热传导方式散热。

    这一情况下，使用导热基板可以帮助缩小LED与散热器间的热传递路径。但使用铜片类材料或许更简易，因为铜的导热性能非常好。导热基板需为电绝缘，因为它还需要携带将电力输送到LED的铜轨。如果介质不绝缘，LED就会被短路。因此，行业需要的是既能导热又绝缘的材料。

    LED制造商不断研究解决方案以降低成本，要么通过消除工艺，要么使用更具成本效益的材料。最终是将LED灯泡的整体成本降低到一个消费者可以用低价就能购买的水平。

    封装选择

    HB LED封装普遍有两种方法。

    制造商可以将单个大型LED芯片或芯片组（例如，一个红色，一个绿色和一个蓝色）使用表面贴装技术（SMT）集成到一起，或者制造商将一些芯片直接封装到PCB-COB上。图1包括来自制造商Cree，Lumileds和Samsung的不同封装类型的样品。

图1  三星芯片级封装（CSP）器件（左）；

Lumileds的中功率LED（中）；Cree的COBLED（右）

    从表面看，COB LED很简单。通过将裸露的LED芯片直接封装到PCB上，这显然使COB设备成为一个更具成本效益的选择。

    COB LED的缺点是在于它们倾向于广角度。这些可以用于像路灯、高棚灯这样的照明灯具中。但是对于需要定向光束，如在汽车前灯或天花板筒灯中，则需要贴片定向高功率LED产品。

    HB LED和陶瓷的好处

    定向HB LED封装的关键要求是封装基板的两侧需要“电路化”，铜轨通过基板，连接两组电路。这是至关重要的，因为封装基板需要安装到模组或灯具电路上。需要填充有导电铜的通孔，但是这些通孔需要与电路的其余部分隔离开。这低估了例如金属芯PCB（MCPCB）之类的材料。

    到目前为止，唯*可以满足这一要求的市场材料是电子陶瓷。陶瓷是非常理想的，因为它是一种天然的电介质，某些类型的陶瓷就是优良的热导体。钻入基板的通孔将与其余材料电隔离开。

    陶瓷是一个很好的选择，还有另外一个原因是它们能够通过非常高分辨率的直接镀铜（DPC）工艺。 DPC是一种添加处理，铜轨迹被溅射到陶瓷上以建立电路，而不是使用还原工艺。这个工艺非常精确地加铜，以微米的精度测量。

    这就是低成本MCPCB再次失败的地方。为了给MCPCB制作电介质层，需要加入环氧树脂，将铜电路粘在金属芯的表面。正是这种环氧树脂层作为电介质，它通常与陶瓷颗粒混合以提高热性能。这只能通过还原工艺，于是再次，陶瓷成为唯*的选择。

图2  热导材料的选择因热导率、制造难易度

和成本方面都有所不同

责编：小雪