从封装结构到封装材料诠释陶瓷线路板

　　LED的发光原理是直接将电能转换为光能，其电光转换效率大约为20％—30％，光热转换效率大约为70％—80％。随着芯片尺寸的减小以及功率的大幅度提高，导致LED结温居高不下，引起了光强降低、光谱偏移、色温升高、热应力增高、元器件加速老化等一系列问题，大大降低了LED的使用寿命。结温也是衡量LED封装散热性能的一个重要技术指标，当结温上升超过最大允许温度时(150℃)，大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED封装设备中，散热是限制其发展的瓶颈，也是必须解决的关键问题。

　　目前全球LED产业解决散热问题无非从三个方面提升，一个是封装结构，一个是封装材料，还有就是散热基板。只有把热量散发出去才能解决根本问题。

　　目前应用在散热的封装结构主要有三种：

　　一、倒装芯片结构

　　传统的正装芯片，电极位于芯片的出光面，所以会遮挡部分出光，降低芯片的出光效率。同时，这种结构的PN结产生的热量通过蓝宝石衬底导出去，蓝宝石的导热系数较低且传热路径长，因而这种结构的芯片热阻大，热量不易散发出去。从光学角度和热学角度来考虑，这种结构存在一些不足。为了克服正装芯片的不足，2001年Lumileds Lighting公司研制了倒装结构芯片。该种结构的芯片，光从顶部的蓝宝石取出，消除了电极和引线的遮光，提高了出光效率，同时衬底采用高导热系数的陶瓷线路板，大大提高了芯片的散热效果。

　　二、微喷结构

　　在该封装系统中，流体腔体中的流体在一定的压力作用下在系列微喷口处形成强烈的射流，该射流直接冲击LED芯片基板下表面并带走LED芯片产生的热量，在微泵的作用下，被加热的流体进入小型流体腔体向外界环境释放热量，使自身温度下降，再次流入微泵中开始新的循环。类似于电脑主板的水冷散热，这种微喷结构具有散热效高、LED芯片基板的温度分布均匀等优点，但微泵的可靠性和稳定性对系统的影响很大，同时该系统结构比较复杂运行成本较高。

　　三、热电制冷结构

　　热电制冷器是一种半导体器件，其PN结由两种不同的传导材料构成，一种携带正电荷，另一种携带负电荷，当电流通过结点时，两种电荷离开结区，同时带有热量，以达到制冷的目的。类似于空调制冷原理。但是技术尚不成熟，无法批量应用。

　　从上述可以看出，LED总体散热效果与各界面之间的散热有很大关系，那么完全可以降低某界面热阻来提升散热效果。封装材料就算其一。封装材料主要就是基板和胶水。目前，LED封装胶水常用的有导热胶、导电银胶还有最新的荧光陶瓷胶。

　　一、导热胶

　　常用导热胶的主要成分是环氧树脂，因而其导热系数较小，导热性能差，热阻大。为了提高其热导性能，通常在基体内部填充高导热系数材料如三氧化二铝、氮化硼、碳化硅等。导热胶具有绝缘、导热、防震、安装方便、工艺简单等优点，但其导热系数很低(一般低于1w／mk)，因而只能应用在对散热要求不高的LED封装器件上。如果LED功率过大，导热系数就跟不上需求，同样会产生大量结温。

　　二、导电银胶