发光二极管(LED)诞生至今，现已完成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。它为人的总称照明史又带来了一次飞跃。与自炽灯和荧光灯比较，LED以其体积小，全固态，龟龄命，环保，省电等一系列长处，已广泛用于轿车照明、扮饰照明、电话闪光灯、大中尺度，即NB和LCD。TV等显示屏光源模块中。
现已成为2l百年最具发展前景的高技能领域之一LED是一种注入电致发光器材。由Ⅲ～Ⅳ族化合物，如磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)等半导体制成在~I-DN电场效果下。电子与空穴的辐射复合而产生的电致效果将一部分能量转化为光能。即量子效应，而无辐射复合孕育产生的晶格振荡将其他的能量转化为热能。今朝，高亮度白光LED在实验室中现已到达1001m/W的水平，501m/w的大功率白光LED也已步入商业化，单个LED器材也从起先的几毫瓦一跃到达了1、5kW。对大于1W级的大功率LED而言，今朝的电光转化功率约为15%，剩下的85%转化为热能。而芯片尺度仅为1mm×1mm～2。5mm~2。5mm。意即芯片的功率密度很大与传统的照明器材不同，白光LED的发光光谱中不包括红外部分。所以其热能不能依托辐射开释。因而，怎么进步散热才能是大功率LED完成产业化亟待处理的要害技能难题之一。
2热效应对大功率LED的影响
关于单个LED而言。假如热能会集在尺度很小的芯片内而不能有用散出。则会导致芯片的温度升高。引起热应力的非匀称散布、芯片发光功率和荧光粉激射功率下降。研讨标明，当温度超越必定值时。器材的失功率将呈指数规则爬高。元件温度每上升2℃，可靠性将下降l0%l。为了确保器材的寿数，一般要求pn结的结温在110℃以下。跟着pn结的温升。白光LED器材的发光波长将产生红移据计数资料标明。在100℃的温度下。波长能够红移4～9nm。然后导致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。当器材从环境温度上升到l20℃时。亮度下降多达35%。当多个LED密布罗列构成白光照明体系时。热能的耗散需求他人回答的标题更严峻。因而处理散热需求他人回答的标题已成为功率型LED使用的先决条件。
3国内外的研讨进展
针对高功率LED的封装散热难题。国内外的器材预设者和制造者分别在布局、资料和工艺等方面对器材的热体系进行了优化预设。例如。在封装布局上，接收大面积芯片倒装布局、金属线路板布局、导热槽布局、微流阵列布局等；在资料的选取方面，挑选适宜的基板资料和粘附资料，用硅树脂替代环氧树脂。
3、1封装布局
为相识决高功率LED的封装散热难题，国际上开发了多种布局，主要有：
(1)硅基倒装芯片(FCLED)布局
传统的LED接收正装布局，上面一般涂敷一层环氧树脂。下面接收蓝宝石作为衬底。因为环氧树脂的导热才能很差。蓝宝石又是热的不良导体，热能只能靠芯片下面的引脚散出，因而前后两方面都构成散热困难。影响了器材的功能和可靠性。
2001年。LumiLeds公司研发出了A1GaInN功率型倒装芯片布局。图1示出芯片的正装布局和倒装布局比照LED芯片经过凸点倒装衔接到硅基上。这样。大功率LED孕育产生的热能不用经由芯片的蓝宝石衬底。而是直接传到热导率更高的硅或瓷陶衬底，再传到金属底座，因为其有源发热区更接近于散热体。因而可减低内部热沉热阻[21。这类布局的热阻定见核算最低可到达1。34K/W。实践已作到6~8K/W，出光率也进步了60%左右。但是，热阻与热沉的厚度是成正比的。因而受硅片机械强度与导热功能所限。很难经过减薄硅片来进一步减低内部热沉的热阻，这就限制了其传热功能的进一步进步。
⑵金属线路板布局
金属线路板布局使用铝等金属具有极佳的热传导性质。将芯片封装到覆有几毫米厚的铜电极的PCB板上，或许将芯片封装在金属夹芯的PCB板上。然后再封装到散热片上，以处理LED因功率增大所带来的散热需求他人回答的标题。接收该布局能获患上杰出的散热特性，并大大进步了LED的输入功率。
美国UOE公司的Norlux系列LED。将已封装的产品组装在带有铝夹层的金属芯PCB板上。此中PCB板用刁难LED器材进行电极衔接布线。铝芯夹层作为热沉散热。图2示出金属线路板布局。其缺点在于，夹层中的PCB板是热的不良导体。它会阻止热能的传导。据研讨，将OSRAM公司的GoldenDragon系列白光LED芯片LWW5SG倒装在一块3ram~3mm。且水平放置的金属线路板上，在LED器材与金属线路板之间涂敷1898In—Sil一8热接口资料，其体系热阻约为66。12K/Wt”。
(3)微泵浦布局
2006年ShengLiu等人经过在散热器上设备一个微泵浦体系，处理了LED的散热需求他人回答的标题，并创造其散热功能优于散热管和散热片。在关闭体系中，水在微泵浦的效果下步入了LED的底板小槽吸热，然后又回到小的水容器中，再经过电扇吸热。图3示出这类微泵浦布局。它能将外部热阻降为O。192K/W。并能进行封装[41。这类微泵布局的制冷性较好。但如前两种布局相同，若内部接口的热阻很大，则其热传导就会大打折扣。并且布局也嫌杂乱。
3、2封装资料
确认封装布局后。可经过选取不同的资料进一步减低体系热阻，进步体系导热功能。今朝，国内外常针对基板资料、粘附资料和封装资料进行择优。
(1)基板资料
关于大功率的LED而言，为相识决芯片资料与散热资料之间因加热胀大失配构成电极引线断开的需求他人回答的标题。可选用瓷陶、Cu/Mo板和Cu/W板等合金作为散热资料，但这些个合金的出产本钱过高，不利于大规模、低本钱出产。选用导热功能好的铝板、铜板作为散热基板资料是当时的研讨要点之一圈。
⑵粘附资料
选用适宜的芯片衬底粘附资料。并在批量出产工艺中确保粘附厚度尽量小。这对确保器材的热导特性是十分重要的。一般选用导热胶、导电型银浆和锡浆这3种资料进行粘附。导热胶虽有较低的硬化温度LED器材的封装资料。具有优秀的电绝缘功能、密着性和介电功能，但环氧树脂具有吸湿性，易老化，耐热性差，高温文短波光照下易变色，并且在固化前有必定的毒性，故对LED器材的寿数构成影响。今朝许多LED封装业者改用硅树脂和瓷陶替代环氧树脂作为封装资料，以进步LED的寿数。
3、3小结
总的来说。具有低热阻、杰出散热才能和低机械应力的新式封装布局是封装体的技能要害。不同的布局和资料都需求处理芯片结到外延层、外延层到封装基板、封装基板到冷却设备这3个环节的散热需求他人回答的标题。由这3个环节构成的固态照明光源热传导通道。此中显现任何一个薄弱环节都会使LED光源毁于一旦。结点到周围环境的热传导体式格式有传导、对流、辐射3种。意即，要想将功率LED的散热功能和可靠性提升到最高。这三个环节都要接收热导系数高的资料。
4发展趋势
今朝。许多功率型LED的驱动电流都能到达70mA，lOOmA乃至lA*级。跟着作业电流的加大，处理散热需求他人回答的标题己成为大功率LED完成产业化的先决条件。依照上述LED器材的散热环节。从以下几方面对进步大功率LED的散热功能进行了研讨。
(1)LED孕育产生热能的多少取决于内量子效应。在氮化镓资料的成长进程傍边，改善资料布局。优化成长参数，获患上高质量的外延片，进步器材内量子功率，从根柢上减少热能的孕育产生，加速芯片结到外延层的热传导。
⑵挑选以铝基为主的金属芯印刷电路板(MC—PCB)、瓷陶、DBC、复合金属基板等导热功能好的资料作衬底，以加速热能从外延层向散热基板发出。经过优化MCPCB板的热预设。或将瓷陶直接绑定在金属基板上构成金属基低温烧结瓷陶(LTCC—M)基板，以获患上热导功能好。加热胀大系数小的衬底。
(3)为了使衬底上的热能更迅速地廓张到周围环境。一般选用铝、铜等导热功能好的金属资料作为散热器。再加装电扇和回路热管等强制制冷。不管从本钱仍是外观的视点来看。LED照明都不宜接收外部冷却设备。因而依照能量守恒规律，使用压电瓷陶作为散热器，把热能转化成振荡体式格式直接消耗热能将成为未来研讨的要点之一。
(4)关于大功率LED器材而言，其总热阻是pn结到外界环境热路上几个热沉的热阻之和，此中包孕LED自身的内部热沉热阻、内部热沉到PCB板之间的导热胶的热阻、PCB板与外部热沉之间的导热胶的热阻、外部热沉的热阻等，传热回路中的每一个热沉都会对传热构成必定的阻止，因而经太长时间研讨以为。减少内部热沉数量，并接收薄膜工艺将必不可少的接口电火热沉、绝缘层直接建造在金属散热器上。能够或许大幅度减低总热阻。这类技能有或许成为尔后大功率LED散热封装的干流方向。
