圖1為目前高功率LED封裝使用的結(jié)構(gòu)，LED芯片會(huì)先封裝在導(dǎo)熱基板上，再打金線及封膠，這LED封裝結(jié)構(gòu)體具備輕巧，高熱導(dǎo)及電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用在戶外及室內(nèi)照明。基板的選擇中，氧化鋁(Al2O3)及硅(Si)都是目前市面上已在應(yīng)用的材料，其中氧化鋁基板因是絕緣體，必須有傳導(dǎo)熱設(shè)計(jì)，藉由電鍍?cè)龊胥~層達(dá)75um；而硅是優(yōu)良導(dǎo)熱體，但絕緣性不良，必須在表面做絕緣處理。
圖1 LED封裝結(jié)構(gòu)
氧化鋁基板及硅基板目前皆已應(yīng)用于高功率LED的封裝，由于LED發(fā)光效率仍有待提升，熱仍是使用LED燈具上必須解決的重要問題，因此LED導(dǎo)熱功能必須仔細(xì)分析。要分析導(dǎo)熱功能必須使用熱阻儀來量測(cè)，以下的分析將細(xì)分LED封裝體結(jié)構(gòu)，包括芯片層，接合層及基板層，來分析每層熱阻，分析工具則是目前世界公認(rèn)最精確的T3Ster儀器。
本文將簡(jiǎn)單解析氧化鋁基板及硅基LED板封裝在熱阻的表現(xiàn)(T3Ster儀器實(shí)測(cè))，其中專有名詞定義如下：
Rth：熱阻，單位是(℃/W)，公式為T/KA；
T：導(dǎo)熱基板的厚度(um)；
K：導(dǎo)熱基板的導(dǎo)熱系數(shù)(W/mC)；
A：導(dǎo)熱面積(mmxmm)。
圖1為目前高功率LED封裝使用的結(jié)構(gòu)，LED芯片會(huì)先封裝在導(dǎo)熱基板上，再打金線及封膠，這LED封裝結(jié)構(gòu)體具備輕巧，高熱導(dǎo)及電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用在戶外及室內(nèi)照明。基板的選擇中，氧化鋁(Al2O3)及硅(Si)都是目前市面上已在應(yīng)用的材料，其中氧化鋁基板因是絕緣體，必須有傳導(dǎo)熱設(shè)計(jì)，藉由電鍍?cè)龊胥~層達(dá)75um；而硅是優(yōu)良導(dǎo)熱體，但絕緣性不良，必須在表面做絕緣處理。
圖1 LED封裝結(jié)構(gòu)
氧化鋁基板及硅基板目前皆已應(yīng)用于高功率LED的封裝，由于LED發(fā)光效率仍有待提升，熱仍是使用LED燈具上必須解決的重要問題，因此LED導(dǎo)熱功能必須仔細(xì)分析。要分析導(dǎo)熱功能必須使用熱阻儀來量測(cè)，以下的分析將細(xì)分LED封裝體結(jié)構(gòu)，包括芯片層，接合層及基板層，來分析每層熱阻，分析工具則是目前世界公認(rèn)最精確的T3Ster儀器。
本文將簡(jiǎn)單解析氧化鋁基板及硅基LED板封裝在熱阻的表現(xiàn)(T3Ster儀器實(shí)測(cè))，其中專有名詞定義如下：
Rth：熱阻，單位是(℃/W)，公式為T/KA；
T：導(dǎo)熱基板的厚度(um)；
K：導(dǎo)熱基板的導(dǎo)熱系數(shù)(W/mC)；
A：導(dǎo)熱面積(mmxmm)。
圖2 E公司氧化鋁基板的LED封裝熱阻分析
將氧化鋁應(yīng)用在LED封裝主要是因?yàn)檠趸X材料高絕緣性及可制作輕小的組件，然而，氧化鋁基板應(yīng)用在電子組件，會(huì)因?yàn)檠趸X材料導(dǎo)熱系數(shù)低(約20K/W)，造成高熱阻。圖2為T3Ster熱阻儀測(cè)試E公司氧化鋁基板封裝LED(LEDarea:1x1mm;LEDemitter:3.15x3.5mm))的結(jié)果，在25℃環(huán)境溫度下測(cè)試時(shí)，各封裝層的熱阻如下：
1.Chip：2℃/W
2.Bondinglayer：3℃/W
3.氧化鋁基板：20℃/W(高熱阻,基板制作不佳)
當(dāng)175mA小電流通入在1x1mm2的LED芯片上，氧化鋁基板因熱阻的溫升為10.5℃(=20x175mAx3.0V),熱不易傳導(dǎo)出LED芯片；當(dāng)350mA電流通入在1x1mm2的LED芯片上，氧化鋁基板因熱阻的溫升為23℃(=20x350mAx3.3V)，此時(shí)氧化鋁基板會(huì)無法將熱傳導(dǎo)出LED芯片，LED芯片會(huì)產(chǎn)生大量光衰;而當(dāng)500mA大電流通入在1x1mm2的LED芯片上時(shí)，氧化鋁基板因熱阻的溫升大約為36℃(20x(500Ax3.6V)，此時(shí)氧化鋁基板也會(huì)無法將熱傳導(dǎo)出LED芯片，LED芯片會(huì)快速光衰。因此，LED芯片封裝若選擇氧化鋁基板，因其熱阻高，封裝組件只適合使用在低功率(~175mA，約0.5W)。
圖3 R公司氧化鋁基板的LED封裝熱阻分析
圖3為T3Ster熱阻儀測(cè)試氧化鋁基板封裝LED(LEDarea:1x1mm;LEDemitter:3.15x3.5mm))的結(jié)果，在25℃環(huán)境溫度下測(cè)試時(shí)，各封裝層的熱阻如下：
1.Chip：2℃/W
2.Bondinglayer：1.5℃/W
3.氧化鋁基板：4.7℃/W(氧化鋁基板厚度:400um,銅層厚度75um)
當(dāng)175mA小電流通入下，其基板因熱阻溫升為4.7℃;當(dāng)電流來到350mA，基板溫升為6.9℃，當(dāng)500mA電流通入時(shí)，基板溫升大約為8.1℃,及當(dāng)700mA大電流通入下，基板因熱阻溫升大約為11℃。
當(dāng)氧化鋁基板溫升大于8℃,此時(shí)氧化鋁基板會(huì)不易將熱傳導(dǎo)出LED芯片，LED芯片會(huì)快速光衰。LED芯片封裝在氧化鋁基板，封裝組件只適合始使用功率(~350mA，約1watt)。
應(yīng)用以硅為導(dǎo)熱基板的LED封裝，如圖4所示，在3.37x3.37mxm2的小尺寸面積上，具有快速導(dǎo)熱的性能，可大幅解決因?yàn)槭褂醚趸X造成的高熱阻問題。以精密的量測(cè)熱阻設(shè)備(T3Ster)量測(cè)到的熱阻值，在25℃環(huán)境溫度下測(cè)試時(shí)，各封裝層的熱阻如下：
1.Chip：1℃/W
2.Bondinglayer：1.5℃/W
3.Sisubstrate：2.5℃/W
圖4 VisEra硅基板LED封裝熱阻分析
當(dāng)大電流(700mA)通入在1x1mm2的LED芯片上，硅基板因熱阻的溫升為6.3℃(=2.5x700mAx3.6V)，硅基板會(huì)快速將熱傳導(dǎo)出LED芯片，LED芯片只會(huì)有小量光衰。硅藉由優(yōu)良導(dǎo)熱性能將熱傳導(dǎo)出LED芯片，LED芯片會(huì)只會(huì)有小許光衰。因此，LED芯片封裝在硅基板上適合于大功率使用(~700mA，約3W)。因?yàn)楣杌逯谱骷癓ED封裝在硅基板，技術(shù)難度非常高，目前只有少許公司具備。硅作為L(zhǎng)ED集成封裝基板材料的熱阻低于氧化鋁基板材料，應(yīng)用于大功率時(shí)，硅基板為好的選擇。
總體LED封裝熱阻經(jīng)T3Ster實(shí)測(cè)結(jié)果比較如下：
LEDSi封裝：VisEra：5℃/W
LED氧化鋁，E公司：25℃/W
LED氧化鋁封裝，R公司：8.2℃/W