依据美国动力部动力功率和可再生动力办公室供给的资讯,散热是成功规划LED体系的最重要因素之一。 发光二极管只能将20%到30%的电能转化为可见光,其他转化为热量,有必要从LED芯片导入电路板和散热片。剩余的热量会削减LED的光输出,缩短其寿数。因而,散热功率的进步关于最佳化LED的功用潜力非常重要。
用散热基板代替
现在,用于高功率/高亮度用处的LED基板或模组被銲接到一个金属基印刷电路板(MCPCB)、增强散热型印刷电路板或陶瓷基板上,然后将基板黏接到散热片上。 尽管这种装备在LED职业广泛运用,但它不是最佳的散热办法,并且制造本钱或许很高。
MCPCB和增强散热型印刷电路板具有杰出的散热功用,但规划灵敏度有限,并且假如需求进步散热效能,本钱或许很高,原因是需求额定花费散热孔加工费用和贵重的导热绝缘资料费用。陶瓷基板可以选用导热性不强但价格便宜的陶瓷(如氧化铝陶瓷),也可以选用导热性强但价格非常贵重的陶瓷(如氮化铝陶瓷)。总而言之,陶瓷基板的本钱高于MCPCB和增强散热型印刷电路板基板。
为代替上述基板,LED厂商正在测验直接在铝基板上制造电路的办法,因为这种办法能供给优秀的导热性。因为其优势,LED工业有爱好选用铝,但在铝基板上制造LED电路需求绝缘层。现在,厚膜技能的发展使LED工业可以取得运用铝基板的长处。
厚膜散热浆料供货商贺利氏资料技能公司研发的铝基板用资料体系(IAMS)是一种低温烧结(低于600℃)的厚膜绝缘体系,可以印刷和烧结在铝基板上。IAMS资料体系包括介电浆料、银导电浆料、玻璃保护层和电阻浆料。这些资料都适合于3000、4000、5000和6000系列铝基板。
IAMS的长处
贺利氏公司厚膜资料部全球LED专案司理近藤充先生说:“IAMS是为铝基板规划的绝缘体系。铝无法接受超越摄氏660度以上的温度,规范的厚膜产品依据陶瓷,有必要在高温下烧结,温度高达摄氏800度至900度。
近藤充先生解说说:“因为IAMS浆料可在低于摄氏600度的温度下烧结,所以该体系适合于铝材加工条件。此外,IAMS共同的玻璃体系能削减铝材的变形翘曲,一起能供给较高的Break down voltage和优秀的导热性。”
大多数厚膜浆料的热膨胀系数(CTE)调整到可用于高温、低膨胀系数的陶瓷基板。可是,假如运用的是热膨胀系数很高的铝基板以及为陶瓷规划的浆料,基板就会因热膨胀系数的差异而发作“变形翘曲”。依据规划,IAMS的热膨胀系数与铝的热膨胀系数相匹配,可最大极限地削减变形翘曲。
经过选用IAMS,很简单对LED基板的规划进行修正。近藤充先生说:“经过厚膜技能,可以将LED电路图画直接用网版印刷到铝基板上。网版图画很简单依据电路规划的改变加以修正,只需修正网版然后从头印刷即可。”在制造原型和规划阶段,这种灵敏性很有协助。
此外,因为印刷过程中印刷IAMS浆料所用的制程是可选择印刷区域的制程,因而本钱较低。绝缘浆料仅印刷在导电电路地点的方位。只需规划恰当,散热孔很简单直接连接到高导热性的铝材上。与蚀刻的MCPCB和增强散热型印刷电路板比较,这种办法糟蹋的资料很少(前两种板材是用化学办法蚀刻铜板而制成电路)。选用IAMS体系时,导体浆料仅印刷在需求构成电路的方位。
别的,选用IAMS技能,客户只需运用一种绝缘浆料。其他厚膜技能要求为每个绝缘层运用两种不同类型的玻璃浆料。此外,一切IAMS浆料均契合RoHS规则。
老练的技能
对LED功用至关重要的是有用的散热;使LED坚持较低的温度有助于添加亮度和延伸寿数。为了证明IAMS可供给LED制造商要求的散热特性,贺利氏公司约请第三方进行了测验。贺利氏公司请芬兰Oulu的VTT技能研讨中心对MCPCB和IAMS进行了比较研讨。
VTT的研讨员Aila Sitomaniemi说:“咱们比较了运用MCPCB和IAMS的LED基板的热特性。咱们测验了10个基板,每个电路板上都銲接高功率LED。每块电路板被放进恒温室,将电路板底部的触摸温度坚持在摄氏25度,以保证每个电路板遭到高效和相同的冷却。”
Sitomaniemi指出:“测验成果表明,用IAMS浆料銲接的LED,操作温度低于銲接在MCPCB上的LED。选用350毫安导通电流时,接合处的平均温度低多达三度,选用700毫安时低多达六度。”
VTT的研讨员Eveliina Juntunen说,散热是主导LED器材功用的要害因素。Juntunen说:“运用高功率LED时,有必要由散热来满意功率、颜色、可靠性和产品寿数方面日益严厉的要求。”
Juntunen指出:“丈量成果显现,IAMS下降了LED的接合温度。选用IAMS时,测得LED有用接合处与电路板底部的热阻值比选用MCPCB低多达20%”。Juntunen说,她认为这些成果很有含义,在以最佳办法运用LED方面具有显着的优势。
散热片印刷
IAMS技能未来有或许直接将电路印刷在散热片上。现在,在大多数LED拼装事务中,均购买封装后的LED,然后用低温黏着剂将LED和散热片黏接在MCPCB上。每多一层就会添加一层热阻值,终究会有损于亮度和寿数。
近藤充先生说“IAMS技能使客户可以直接将绝缘层印刷在散热片上,处理了额定的散热基板(MCPCB、增强散热型电路板、陶瓷等)增高热阻值的问题。LED器材可以直接连接到散热片,供给了最好的散热办法。”
下降发热量,延伸运用寿数
贺利氏公司的铝基板用资料体系经过削减LED套件的接合处/层数量来下降热阻值。经过选用这种单一配方、多功用的体系,LED制造商可以以低本钱进行规划变更,并可进行选择性印刷绝缘层。因为可以运用本钱较低的基板(如铝板),因而可以增强传导性和延伸LED的寿数。
近藤充先生最终说:“使LED套件坚持较低的温度,是完成最佳LED功用的要害。将LED的温度下降10度,可将设备的寿数延伸一倍以上,并可下降总本钱,这使得LED对顾客更具有吸引力。”