PCB-Technologie - Leiterplattentechnologie LED Wärmeableitung Substrat

I. Introduction

With the rise of global environmental awareness, Energieeinsparung und Energieeinsparung sind zum aktuellen Trend geworden. Die LED-Industrie ist eine der am meisten beobachteten Leiterplattenindustrie in den letzten Jahren. Bisher, LED-Produkte haben die Vorteile der Energieeinsparung, Energieeinsparung, hohe Effizienz, schnelle Reaktionszeit, lange Lebensdauer, kein Quecksilber, Vorteile für den Umweltschutz...etc. Allerdings, Normalerweise kann etwa 20% der Eingangsleistung von LED-Hochleistungsprodukten in Licht umgewandelt werden, und der verbleibende 80% der elektrischen Energie kann in Wärme umgewandelt werden.

Die Beziehung zwischen LED-Anschlusstemperatur und Lichtausbeute. Wenn die Verbindungstemperatur von 25°C auf 100°C ansteigt, die Lichtausbeute sinkt um 20% bis 75%, und der gelbe Lichtrückgang ist der schwerste um 75%. Darüber hinaus, je höher die Betriebsumgebungstemperatur der LED, je niedriger die Lebensdauer der Leiterplattenprodukte. Wenn die Betriebstemperatur von 63°C auf 74°C ansteigt, Die durchschnittliche LED-Lebensdauer wird um 3 reduziert/4. Daher, zur Verbesserung der Leuchtkraft von LEDs, Das Wärmeableitungsmanagement und Design des LED-Systems ist zu einem wichtigen Thema geworden. Vor dem Verständnis der Wärmeableitungsprobleme von LEDs, Es ist notwendig, die Wärmeableitungswege zu verstehen, und verbessern Sie dann den Wärmeableitungsengpass.

2. LED-Wärmeableitungsverfahren

Entsprechend verschiedenen Verpackungstechnologien sind die Wärmeableitungsmethoden auch unterschiedlich, und die verschiedenen Wärmeableitungsmethoden von LEDs

1. Wärme aus der Luft ableiten

2. Die thermische Energie wird direkt von der Systemschaltplatine abgeleitet

3. Exportieren Sie Wärmeenergie über Golddraht

4. Wenn es sich um eutektisches und Flipchip-Verfahren handelt, wird die Wärme durch das Durchgangsloch an die Systemplatine exportiert)

Drei, LED Wärmeableitung Substrat

Das wärmeableitende Substrat nutzt hauptsächlich die bessere Wärmeleitfähigkeit des wärmeableitenden Substratmaterials selbst, um die Wärmequelle von der LED-Matrize zu leiten. Daher können wir aus der Beschreibung des LED-Wärmeableitungspfades das LED-Wärmeableitungssubstrat in zwei Kategorien unterteilen, nämlich (1) LED-Düsensubstrat und (2) Systemplatine. Diese beiden unterschiedlichen Wärmeableitungssubstrate tragen jeweils den LED-Kristall. Die Wärmeenergie, die erzeugt wird, wenn der LED-Chip Licht vom LED-Chip abgibt, geht durch den LED-Chip, um die Wärme vom Substrat auf die Systemplatine abzuleiten, und wird dann von der atmosphärischen Umgebung absorbiert, um den Effekt der Wärmeableitung zu erzielen.

1. System PCB

Die Systemplatine wird hauptsächlich als LED-Wärmeableitungssystem verwendet und leitet schließlich die Wärmeenergie zu den Wärmeableitungslamellen, der Hülle oder dem Material in der Atmosphäre. In den letzten Jahren war die Produktionstechnologie von Leiterplatten (PCB) sehr ausgeklügelt. Die Systemplatinen der frühen LED-Produkte waren meist PCB. Da jedoch die Nachfrage nach Hochleistungs-LEDs steigt, ist die Wärmeableitungskapazität von Leiterplattenmaterialien begrenzt, wodurch es unmöglich ist, sie auf sie anzuwenden. Für Hochleistungsprodukte wurde kürzlich ein Aluminiumsubstrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit (MCPCB) entwickelt, das die Eigenschaften besserer Wärmeableitungseigenschaften von Metallmaterialien nutzt, um den Zweck der Wärmeableitung für Hochleistungsprodukte zu erreichen. Bei der kontinuierlichen Entwicklung von LED-Helligkeits- und Leistungsanforderungen kann die Systemplatine die vom LED-Chip erzeugte Wärme jedoch effektiv in die Atmosphäre ableiten, die von der LED-Matrize erzeugt wird, nicht effektiv von der Matrize zum Systemkreis geleitet werden. Mit anderen Worten, wenn die LED-Leistung effizienter erhöht wird, erscheint der Wärmeableitungsengpass der gesamten LED im LED-Düsenwärmeverlustsubstrat. Der nächste Artikel wird eine ausführlichere Diskussion über das LED-Düsensubstrat führen.

2. LED-Düsensubstrat

Das LED-Düsensubstrat wird hauptsächlich als Medium zur Ableitung von Wärmeenergie zwischen der LED-Düse und der Systemplatine verwendet und wird mit der LED-Düse durch den Prozess des Drahtbondens, eutektischen oder Flip-Chips kombiniert. Basierend auf Erwägungen der Wärmeableitung sind die aktuellen LED-Düsenstoffe auf dem Markt hauptsächlich keramische Substrate, die grob in drei Arten unterteilt werden können: Dickschichtkeramische Substrate, Niedertemperaturkobefeuerte Mehrschichtkeramik und Dünnschichtkeramische Substrate. Traditionelle Hochleistungs-LED-Komponenten verwenden normalerweise Dickfilm- oder Niedertemperatur-kobefeuerte keramische Substrate als Wärmeableitungssubstrate der Düse und kombinieren dann die LED-Matrizen und die keramischen Substrate mit Golddrähten. Wie in der Einleitung erwähnt, begrenzt diese Golddrahtverbindung die Wirksamkeit der Wärmeableitung entlang der Elektrodenkontakte. Daher haben in den letzten Jahren große in- und ausländische Hersteller hart daran gearbeitet, dieses Problem zu lösen.

Es gibt zwei Lösungen. Eine besteht darin, ein Substratmaterial mit einem hohen Wärmeableitungskoeffizienten zu finden, um Aluminiumoxid zu ersetzen, einschließlich Siliziumsubstrate, Siliziumkarbid-Substrate, eloxierte Aluminiumsubstrate oder Aluminiumnitridsubstrate. Unter ihnen sind Silizium- und Siliziumkarbid-Substrate Halbleitermaterialien. Aufgrund seiner Eigenschaften ist es in diesem Stadium strengeren Tests begegnet, und das eloxierte Aluminiumsubstrat ist aufgrund der unzureichenden Festigkeit der eloxierten Oxidschicht wahrscheinlich leitfähig, was seine praktische Anwendung begrenzt. Daher ist in diesem Stadium das reifere und allgemein akzeptierte Aluminiumnitrid als Wärmeableitungssubstrat

In den letzten Jahren wurde aufgrund der Entwicklung von Aluminiumsubstraten das Wärmeableitungsproblem von Systemplatinen schrittweise verbessert, und sogar flexible flexible Leiterplatten wurden allmählich entwickelt.

Vier, LED keramische Wärmeableitung Substrat Einführung

1. Keramisches Dickschichtsubstrat

Dickschichtkeramische Substrate werden im Siebdruckverfahren hergestellt. Das Material wird mit einer Rakel auf das Substrat gedruckt und anschließend getrocknet, gesintert und gelasert. Derzeit sind die wichtigsten inländischen Dickfilm-Keramiksubstrathersteller He Shentang und Jiuhao, die auf das Unternehmen warten. Im Allgemeinen sind die mit dem Siebdruckverfahren hergestellten Linien aufgrund der Probleme des Siebs anfällig für grobe Linien und ungenaue Ausrichtung. Daher ist für Hochleistungs-LED-Produkte, die in Zukunft immer kleinere Größen und anspruchsvollere Schaltkreise erfordern, oder LED-Produkte, die eine genaue Ausrichtung von eutektischen oder Flip-Chip-Prozessen erfordern, die Genauigkeit von Dickschichtkeramischen Substraten allmählich unzureichend für den Einsatz gewesen.

2. Mehrschichtkeramik bei niedrigen Temperaturen

Bei der Niedertemperatur-Co-gebrannten Mehrschichtkeramik-Technologie wird Keramik als Substratmaterial verwendet. Die Schaltung wird durch Siebdruck auf das Substrat gedruckt, und dann wird das mehrschichtige keramische Substrat integriert und schließlich durch Niedertemperatursintern gebildet. Zu den wichtigsten inländischen Herstellern gehören Jingde Electronics, Fengxin und andere Unternehmen. Die Metallkreisschicht des niedertemperaturkobefeuerten mehrschichtigen Keramiksubstrats wird ebenfalls durch das Siebdruckverfahren hergestellt, was aufgrund des Maschenproblems auch Ausrichtungsfehler verursachen kann. Darüber hinaus wird nach dem Laminieren und Sintern der Mehrschichtkeramik auch das Schrumpfungsverhältnis in Betracht gezogen. Wenn daher Niedertemperatur-Co-gebrannte Mehrschichtkeramik in eutektischen/Flip-Chip-LED-Produkten verwendet wird, die eine genaue Schaltungsausrichtung erfordern, wird es noch strenger sein.

Fünf, der Entwicklungstrend von LED-Produkten der internationalen Leiterplattenhersteller

Der aktuelle Entwicklungstrend von LED-Produkten kann aus der Beobachtung der Leistung und Größe von LED-Produkten gesehen werden, die kürzlich von großen LED-Verpackungsherstellern veröffentlicht wurden. Wege, um Wärme von LED-Matrizen abzuleiten. Daher sind keramische Wärmeableitungssubstrate zu einem sehr wichtigen Teil der Struktur von Hochleistungs-LED-Produkten kleiner Größe geworden. Die folgende Tabelle 2 ist eine einfache Zusammenfassung des Entwicklungsstatus und der Produktkategorien der wichtigsten LED-Produkte im In- und Ausland.