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1、LED散散熱(芯芯片、散散熱基板板、散熱熱器)LED的的散熱現現在越來來越為人人們所重重視，這這是因為為LEDD的光衰衰或其壽壽命是直直接和其其結溫有有關，散散熱不好好結溫就就高，壽壽命就短短，依照照阿雷紐紐斯法則則溫度每每降低110壽命會會延長22倍。從從Creee公司司發佈的的光衰和和結溫的的關係圖圖（圖11）中可可以看出出，結溫溫假如能能夠控制制在655C，那麼麼其光衰衰至700的壽壽命可以以高達110萬小小時！這這是人們們夢寐以以求的壽壽命，可可是真的的可以實實現嗎？是的，只只要能夠夠認真地地處理它它的散熱熱問題就就有可能能做到！遺憾的的是，現現在實際際的LEED燈的的散熱和和這個要要
2、求相去去甚遠！以致LLED燈燈具的壽壽命變成成了一個個影響其其性能的的主要問問題，所所以必須須要認真真對待！圖1.光光衰和結結溫的關關係而且，結結溫不但但影響長長時間壽壽命，也也還直接接影響短短時間的的發光效效率，例例如Crree公公司的XXLammp70090XXR-EE的發光光量和結結溫的關關係如圖圖2所示。假如以以結溫為為25度時時的發光光為1000%，那那麼結溫溫上升至至60度時時，其發發光量就就只有990%；結溫為為1000度時就就下降到到80%；1400度就只只有700%。可可見改善善散熱，控控制結溫溫是十分分重要的的事。除此以以外LEED的發發熱還會會使得其其光譜移移動；色色溫升
3、高高；正向向電流增增大（恒恒壓供電電時）；反向電電流也增增大；熱熱應力增增高；螢螢光粉環環氧樹脂脂老化加加速等等等種種問問題，所所以說，LED的散熱是LED燈具的設計中最為重要的一個問題。第一部部分LEED晶片片的散熱熱一.結溫是是怎麼產產生的LEDD發熱的的原因是是因為所所加入的的電能並並沒有全全部轉化化為光能能，而是是一部分分轉化成成為熱能能。LEED的光光效目前前只有1100llm/WW，其電電光轉換換效率大大約只有有2030%左右。也也就是說說大約770%的的電能都都變成了了熱能。具體來來說，LLED結結溫的產產生是由由於兩個個因素所所引起的的。1內內部量子子效率不不高，也也就是在在電
4、子和和空穴複複合時，並並不能1100都產生生光子，通通常稱為為由“電流洩洩漏”而使PNN區載流流子的複複合率降降低。洩洩漏電流流乘以電電壓就是是這部分分的功率率，也就就是轉化化為熱能能，但這這部分不不占主要要成分，因因為現在在內部光光子效率率已經接接近900。2內內部產生生的光子子無法全全部射出出到晶片片外部而而最後轉轉化為熱熱量，這這部分是是主要的的，因為為目前這這種稱為為外部量量子效率率只有330左左右，大大部分都都轉化為為熱量了了。雖然白白熾燈的的光效很很低，只只有155lm/W左右右，但是是它幾乎乎將所有有的電能能都轉化化為光能能而輻射射出去，因因為大部部分的輻輻射能是是紅外線線，所以
5、以光效很很低，但但是卻免免除了散散熱的問問題。二.LEED晶片片到底板板的散熱熱LEDD晶片的的特點是是在極小小的體積積內產生生極高的的熱量。而而LEDD本身的的熱容量量很小，所所以必須須以最快快的速度度把這些些熱量傳傳導出去去，否則則就會產產生很高高的結溫溫。為了了盡可能能地把熱熱量引出出到晶片片外面，人人們在LLED的的晶片結結構上進進行了很很多改進進。為了改改善LEED晶片片本身的的散熱，其其最主要要的改進進就是採採用導熱熱更好的的襯底材材料。早早期的LLED只只是採用用Si矽作作為襯底底。後來來就改為為藍寶石石作為襯襯底。但但是藍寶寶石襯底底的導熱熱性能不不是太好好，（在在1000C時
6、約為為25WW/（m-KK），為為了改善善襯底的的散熱，Cree公司採用碳化矽矽襯底，它的導熱性能（490W/（m-K）要比藍寶石高將近20倍。而且藍寶石要使用銀膠固晶，而銀膠的導熱也很差。而碳化矽的唯一缺點是成本比較貴。目前只有Cree公司生產以碳化矽為襯底的LED。採用碳碳化矽作作為基底底以後，的的確可以以大為改改善其散散熱，但但是其成成本過高高，而且且有專利利保護。最最近國內內的廠商商開始採採用矽材材料作為為基底。因因為矽材材料的基基底不受受專利的的限制。而而且性能能還優於於藍寶石石。唯一一的問題題是GaaN的膨膨脹係數數和矽相相差太大大而容易易發生龜龜裂，解解決的方方法是在在中間加加一
7、層氮氮化鋁（AlN）作緩衝。襯底材料料導熱係數數 W/(mK)膨脹係數數 (xx10EE-6)穩定性導熱性成本ESD (抗靜靜電)碳化矽(SiCC)490-1.44良好高好藍寶石(Al22O3)461.9一般差為SiCC的1/110一般矽(Sii)1505200良好為藍寶石石的1/10好LEDD晶片封封裝以後後，從晶晶片到管管腳的熱熱阻就是是在應用用時最重重要的一一個熱阻阻，一般般來說,晶片的的接面面面積的大大小是散散熱的關關鍵，對對於不同同的額定定功率，要要求有相相應大小小的接面面面積。也也就表現現為不同同的熱阻阻。幾種種類型的的LED的熱熱阻如下下所示：類型草帽管食人魚1W面發光熱阻 K/
8、WW150-2000508-1555早期的的LEDD晶片主主要靠兩兩根金屬屬電極而而引出到到晶片外外部，最最典型的的就是稱稱為5或F5的草草帽管，它它的散熱熱完全靠靠兩根細細細的金金屬導線線引出去去，所以以散熱效效果很差差，熱阻阻很大，這這也就是是為什麼麼這種草草帽管的的光衰很很嚴重的的原因。此此外，封封裝時採採用的材材料也是是一個很很重要的的問題。小小功率LLED通通常採用用環氧樹樹脂作為為封裝材材料，但但是環氧氧樹脂對對4000-4559nmm的光線線吸收率率高達445%，很很容易由由於長期期吸收這這種短波波長光線線以後產產生的老老化而使使光衰嚴嚴重，550%光光衰的壽壽命不到到1萬小時時
9、。因而而在大功功率LEED中必必須採用用矽膠作作為封裝裝材料。矽矽膠對同同樣波長長光線的的吸收率率不到11%。從從而可以以把同樣樣光衰的的壽命延延長到44萬小時時。下面列列出各家家LEDD晶片公公司所生生產的各各種型號號LEDD的熱阻阻公司名稱稱晶片型號號晶片類型型熱阻 C/WW億光EHP5539331W冷白白13億光EHPA088L/UUT0111W，556000K15愛迪生Edixxeonn S serriess1W，55K-88K13-114愛迪生Edixxeonn K serriess1W,8LumeenleedLuxeeon Emiitteer1W，44.5KK-5.5K15Nich
10、hiaNJSLL0366AT1W，30CreeeXLammp70090XXR-EE1W8CreeeXLammpXPP-G1W6小功率LLED光寶（LLitee-Onn）LTW-M6770ZVVS（30220）0.077W，20mmA160琉明斯301440.1WW，30mmA45由表中中可見，Cree公司的LED的熱阻因為採用了碳化矽作基底，要比其他公司的熱阻至少低一倍。大功率LED為了改進散熱通常在基底下面再放一塊可焊接的銅底板以便焊到散熱器上去。這些熱阻實際上都是在這個銅底板上測得的。是不是是碳化矽矽就是LLED襯襯底的最最佳選擇擇呢，不不是這樣樣，任何何事物都都會有創創新和發發展的，最最
11、近臺灣灣的鑽石石科技開開發出了了鑽石島島外延片片(DiiamoondIIslaandssWaffer，DIWW)做為為生產超超級LEED的基基材。這這種LEED的熱熱阻可以以低至5C/WW。用它它製成的的超級LLED可可發出極極強的紫紫外光，其其強度不不因高溫溫而降低低，反而而會更亮亮。其結結構圖如如圖4所示。圖4.採採用類鑽鑽碳(DDiammonddLikkeCaarboon，DLCC)的鍍鍍膜可以以大大改改善LEED的散散熱圖5.用用DLCC鍍膜和和鋁結合合可以比比其它結結構的LLED有有更好的的散熱特特性而且採採用紫外外線來激激發各種種螢光粉粉也可以以得到所所需要的的各種顏顏色的LLED
12、。而而且螢光光粉不是是採用和和環氧樹樹脂或矽矽膠混合合的方法法而是直直接塗於於晶片表表面還可可以避免免由於環環氧樹脂脂和矽膠膠的老化化而產生生的光衰衰。這將會會使整個個LEDD產生革革命性變變化。而而且擺脫脫了日美美等國的的專利束束縛。 三.集成LEED的散散熱現在有有不少廠廠商把很很多LEED晶粒粒集成在在一起以以得到大大功率的的LEDD。這種種LEDD的功率率可以達達到5WW以上，大大多以110W，25WW，和500W的功功率等級級出現。為為了把多多個LEED晶粒粒（以共共晶（EEuteectiic）或或覆晶（Flip-Chip）封裝）連接在一起，因為這些晶粒極為精細，所以需要採用精確的印
13、製電路進行連接。為了得到更好的散熱特性，通常採用陶瓷基板。這種陶瓷基板是由氧化鋁和氮化鋁構成。各種材料的導熱係數如下表所示。材料導熱係數數 W/mKFR4 （普通通印製板板的玻璃璃纖維）0.2氧化鋁17-227氮化鋁170-2300金315銀425銅398不論氮氮化鋁還還是氧化化鋁，它它們都是是一種絕絕緣的陶陶瓷材料料，所以以可以把把印製電電路做在在上面。但但是氮化化鋁具有有高100倍的導導熱係數數，所以以現在更更常用氮氮化鋁。過過去採用用厚膜電電路，但但是其表表面不平平，電路路邊緣毛毛糙，而而且需要要8000C以上的的燒結溫溫度。現現在大多多採用薄薄膜電路路，因為為它只需需要3000度以以下
14、的工工藝，表表面平整整度可以以0.3umm，不會會有氧化化物生成成，附著著性好，電電路精細細，誤差差低於+/-11%。它它實際上上是採用用照相刻刻蝕的方方法來製製作，採採用氧化化鋁為基基底的薄薄膜電路路製備的的具體過過程如下下：圖6.薄薄膜電路路的製備備過程採用氮氮化鋁的的製作方方法相同同。第二部部分LEED燈具具的散熱熱前面講講的是LLED晶晶片的散散熱，然然而任何何LEDD都會製製成燈具具，所以以LEDD晶片所所產生的的熱量最最後總是是通過燈燈具的外外殼散到到空氣中中去。如如果散熱熱不好，因因為LEED晶片片的熱容容量很小小，一點點點熱量量的積累累就會使使得晶片片的結溫溫迅速提提高，如如果
15、長時時期工作作在高結結溫的狀狀態，它它的壽命命就會很很快縮短短。然而而這些熱熱量要能能夠真正正引導出出晶片到到達外部部空氣，要要經過很很多途徑徑。具體體來說，LED晶片所產生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經過焊料到鋁基板的PCB，再通過導熱膠才到鋁散熱器。所以LED燈具的散熱實際上包括導熱和散熱兩個部分。現在先來看一下每一個環節的導熱性能。四.各種電電路基板板的導熱熱在把LEED連接接到散熱熱器之前前，首先先要把它它們焊接接到電路路中去，因因為首先先要把這這些LEED連接接成幾串串幾並，同同時還要要把他們們和恒流流源在電電路上連連接起來來。最簡簡單的辦辦法是把把它們直直接焊接接到普通通印製板板上去。對對於一些些很小功功率的LLED，例例如LEED指示示燈的確
