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大功率LED封装技术及发展趋势

更新时间  2011-01-01 20:43 阅读
本文摘要:1.前言大功率LEDPCB因其结构和工艺简单,直接影响LED的使用性能和寿命,近年来仍是研究热点,尤其是大功率白色LEDPCB堪称研究热点。LEDPCB的功能主要包括:1。提高可靠性的机械维护;2.加强风扇降低芯片结温,提高LED性能;3.光学控制,提高光提取效率和优化光束产生;4.电源管理,包括交流/DC转换和电源控制。 LEDPCB的方法、材料、结构和工艺的自由选择,主要是芯片结构、光电/机械特性、明确的应用和成本要求。

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1.前言大功率LEDPCB因其结构和工艺简单,直接影响LED的使用性能和寿命,近年来仍是研究热点,尤其是大功率白色LEDPCB堪称研究热点。LEDPCB的功能主要包括:1。提高可靠性的机械维护;2.加强风扇降低芯片结温,提高LED性能;3.光学控制,提高光提取效率和优化光束产生;4.电源管理,包括交流/DC转换和电源控制。

LEDPCB的方法、材料、结构和工艺的自由选择,主要是芯片结构、光电/机械特性、明确的应用和成本要求。LEDPCB经过40多年的发展,经历了LampLED、smdle ed LED(power LED)的发展阶段。随着芯片功率的降低,尤其是固态照明技术发展的市场需求,对LEDPCB的光、热、电、机械结构提出了新的更高的要求。

为了有效降低PCB热阻,提高出光效率,有必要采用新的技术思路来开发PCB设计。二、大功率LEDPCB的关键技术大功率LEDPCB主要涉及光、热、电、结构和工艺,如图1右图所示。

这些因素是独立的国家,相互影响。其中,光是LEDPCB的目的,冷是关键,电、结构、工艺是手段,性能是PCB水平的清晰体现。在工艺兼容性和降低生产成本方面,LEDPCB设计不应该和芯片设计同时开发,即芯片设计要考虑PCB结构和工艺。否则芯片生产完成后,有可能PCB必须调整芯片结构,从而缩短产品开发周期,降低工艺成本,有时甚至是不可能的。

具体来说,大功率LEDPCB的关键技术还包括:(1)低热阻PCB工艺对于现有的LED光效水平来说,由于约80%的输出功率转化为热量,LED芯片面积小,所以芯片风扇是LEDPCB必须解决的关键问题。主要包括芯片布局、PCB材料自由选择(基板材料、热接口材料)和工艺、散热器设计等。LEDPCB热阻主要包括材料的内部热阻和界面热阻(风扇基板和散热器结构)。

风扇基板的功能是吸收芯片产生的热量,并将其传导到散热器,以建立与外界的热传递。常用的风扇基板材料还包括硅、金属(如铝和铜)、陶瓷(如Al2O3、AlN和SiC)和复合材料。比如Nichia公司第三代LED采用CuW为基板,在CuW基板上翻转1mm芯片,降低了PCB热阻,提高了闪烁功率和效率;昆布陶瓷有限公司开发了一种低温全火陶瓷金属基板,如图2(a)所示,并开发了合适的LEDPCB技术。在这项技术中,首先制造适合共晶结合的大功率发光二极管芯片和合适的陶瓷基板,然后发光二极管芯片和基板必须焊接在一起。

共晶焊料层、静电保护电路、驱动电路和控制补偿电路构建在基板上,不仅结构非常简单,而且由于材料热导率低、热界面少,大大提高了风扇性能,为大功率LED阵列PCB提出了明确的解决方案。德国Curmilk公司开发的高导热覆铜板,是由陶瓷基板(AlN或Al2O3)和导电层(Cu)在高温高压下制作而成,不作为粘结剂,因此导热性能好,强度低,绝缘性强,如图2(b)右图所示。

其中氮化铝(AlN)的导热系数为160W/mk,热膨胀系数为4.010-6/(与硅(3.210-6/)非常相似),从而降低了PCB的热应力。指出PCB行业也受到热阻的影响,如果不能正确处理接口,很难获得更好的风扇效果。例如,在室温下较好的界面在高温下可能没有界面间隙,基板的翘曲也可能影响键合和局部扇动。

改进LEDPCB的关键是增加接口和接口 LEDPCB常用的TIM有导电胶和导电胶。由于导热系数低,一般为0.5-2.5W/mK,导致界面热阻高。

使用低温或共晶焊料、焊膏或掺杂纳米粒子的导电胶作为热界面材料,可以大大降低界面热阻。


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