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高亮度LED原理技术探析
来源:  作者:本站

  除了强化基板外,另一种作法是覆晶式镶嵌,将过去位于上方的裸晶电极转至下方,电极直接与更底部的线箔连通,如此热也能更快传导至下方,此种散热法不仅用在LED上,现今高热的CPU、GPU也早就实行此道来加速散热。

从传统FR4PCB到金属核心的MCPCB

  将热导到更下层后,就过去而言是直接运用铜箔印刷电路板(PrintedCircuitBoard;PCB)来散热,也就是最常见的FR4印刷电路基板,然而随着LED的发热愈来愈高,FR4印刷电路基板已逐渐难以消受,理由是其热传导率不够(仅0.36W/m.K)。

  为了改善电路板层面的散热,因此提出了所谓的金属核心的印刷电路板(MetalCorePCB;MCPCB),即是将原有的印刷电路板附贴在另外一种热传导效果更好的金属上(如:铝、铜),以此来强化散热效果,而这片金属位在印刷电路板内,所以才称为「MetalCore」,MCPCB的热传导效率就高于传统FR4PCB,达1W/m.K∼2.2W/m.K。

  不过,MCPCB也有些限制,在电路系统运作时不能超过140℃,这个主要是来自介电层(DielectricLayer,也称InsulatedLayer,绝缘层)的特性限制,此外在制造过程中也不得超过250℃;300℃,这在过锡炉时前必须事先了解。

附注:虽然铝、铜都是合适的热导热金属,不过碍于成本多半是选择铝材质。

IMS强化MCPCB在绝缘层上的热传导

  MCPCB虽然比FR4PCB散热效果佳,但MCPCB的介电层却没有太好的热传导率,大体与FR4PCB相同,仅0.3W/m.K,成为散热块与金属核心板间的传导瓶颈。

  为了改善此一情形,有业者提出了IMS(InsulatedMetalSubstrate,绝缘金属基板)的改善法,将高分子绝缘层及铜箔电路以环氧方式直接与铝、铜板接合,然后再将LED配置在绝缘基板上,此绝缘基板的热传导率就比较高,达1.1;2W/m.K,比之前高出3;7倍的传导效率。

  更进一步的,若绝缘层依旧被认为是导热性不佳,也有直接让LED底部的散热块,透过在印刷电路板上的穿孔(ThroughHole)作法,使其直接与核心金属接触,以此加速散热。此作法很耐人寻味,因为过去的印刷电路板不是为插件组件焊接而凿,就是为线路绕径而凿,如今却是为散热设计而凿。

结尾

  除了MCPCB、MCPCB+IMS法之外,也有人提出用陶瓷基板(CeramicSubstrate),或者是所谓的直接铜接合基板(DirectCopperBondedSubstrate,简称:DBC),或是金属复合材料基板。无论是陶瓷基板或直接铜接合基板都有24∼170W/m.K的高传导率,其中直接铜接合基板更允许制程温度、运作温度达800℃以上,不过这些技术都有待更进一步的成熟观察。

Philips公司的彩色动态式LED照明模块,四组灯泡内各有一个1W的高亮度、高功率LED,且分别是红、绿、蓝、琥珀等四种颜色,主要用于购物场所的气氛照明、墙壁色调的改变、建筑物的户外特效照明等。
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