LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點，被稱為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。統(tǒng)計表明：如果中國50%的光源換用LED，將可實現(xiàn)年節(jié)電2100億千瓦時，相當(dāng)于再建2.5座三峽工程。同時，其在壽命、應(yīng)用靈活性等方面也具有不可比擬的優(yōu)勢，將成為未來照明的必定發(fā)展方向。
LED的發(fā)光原理是直接將電能轉(zhuǎn)換為光能，其電光轉(zhuǎn)換效率大約為20％—30％，光熱轉(zhuǎn)換效率大約為70％—80％。隨著芯片尺寸的減小以及功率的大幅度提高，導(dǎo)致LED結(jié)溫居高不下，引起了光強降低、光譜偏移、色溫升高、熱應(yīng)力增高、元器件加速老化等一系列問題，大大降低了LED的使用壽命。結(jié)溫也是衡量LED封裝散熱性能的一個重要技術(shù)指標(biāo)，當(dāng)結(jié)溫上升超過最大允許溫度時(150℃)，大功率LED會因過熱而損壞。因此在大功率LED封裝設(shè)備中，散熱是限制其發(fā)展的瓶頸，也是必須解決的關(guān)鍵問題。
目前全球LED產(chǎn)業(yè)解決散熱問題無非從三個方面提升，一個是封裝結(jié)構(gòu)，一個是封裝材料，還有就是散熱基板。只有把熱量散發(fā)出去才能解決根本問題。
目前應(yīng)用在散熱的封裝結(jié)構(gòu)主要有三種：
一、倒裝芯片結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的正裝芯片，電極位于芯片的出光面，所以會遮擋部分出光，降低芯片的出光效率。同時，這種結(jié)構(gòu)的PN結(jié)產(chǎn)生的熱量通過藍(lán)寶石襯底導(dǎo)出去，藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系數(shù)較低且傳熱路徑長，因而這種結(jié)構(gòu)的芯片熱阻大，熱量不易散發(fā)出去。從光學(xué)角度和熱學(xué)角度來考慮，這種結(jié)構(gòu)存在一些不足。為了克服正裝芯片的不足，2001年Lumileds Lighting公司研制了倒裝結(jié)構(gòu)芯片。該種結(jié)構(gòu)的芯片，光從頂部的藍(lán)寶石取出，消除了電極和引線的遮光，提高了出光效率，同時襯底采用高導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷線路板，大大提高了芯片的散熱效果。
二、微噴結(jié)構(gòu)
在該封裝系統(tǒng)中，流體腔體中的流體在一定的壓力作用下在系列微噴口處形成強烈的射流，該射流直接沖擊LED芯片基板下表面并帶走LED芯片產(chǎn)生的熱量，在微泵的作用下，被加熱的流體進(jìn)入小型流體腔體向外界環(huán)境釋放熱量，使自身溫度下降，再次流入微泵中開始新的循環(huán)。類似于電腦主板的水冷散熱，這種微噴結(jié)構(gòu)具有散熱效高、LED芯片基板的溫度分布均勻等優(yōu)點，但微泵的可靠性和穩(wěn)定性對系統(tǒng)的影響很大，同時該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜運行成本較高。
三、熱電制冷結(jié)構(gòu)
熱電制冷器是一種半導(dǎo)體器件，其PN結(jié)由兩種不同的傳導(dǎo)材料構(gòu)成，一種攜帶正電荷，另一種攜帶負(fù)電荷，當(dāng)電流通過結(jié)點時，兩種電荷離開結(jié)區(qū)，同時帶有熱量，以達(dá)到制冷的目的。類似于空調(diào)制冷原理。但是技術(shù)尚不成熟，無法批量應(yīng)用。
從上述可以看出，LED總體散熱效果與各界面之間的散熱有很大關(guān)系，那么完全可以降低某界面熱阻來提升散熱效果。封裝材料就算其一。封裝材料主要就是基板和膠水。目前，LED封裝膠水常用的有導(dǎo)熱膠、導(dǎo)電銀膠還有最新的熒光陶瓷膠。
一、導(dǎo)熱膠
常用導(dǎo)熱膠的主要成分是環(huán)氧樹脂，因而其導(dǎo)熱系數(shù)較小，導(dǎo)熱性能差，熱阻大。為了提高其熱導(dǎo)性能，通常在基體內(nèi)部填充高導(dǎo)熱系數(shù)材料如三氧化二鋁、氮化硼、碳化硅等。導(dǎo)熱膠具有絕緣、導(dǎo)熱、防震、安裝方便、工藝簡單等優(yōu)點，但其導(dǎo)熱系數(shù)很低(一般低于1w／mk)，因而只能應(yīng)用在對散熱要求不高的LED封裝器件上。如果LED功率過大，導(dǎo)熱系數(shù)就跟不上需求，同樣會產(chǎn)生大量結(jié)溫。
二、導(dǎo)電銀膠
導(dǎo)電銀膠是GeAs、SiC導(dǎo)電襯底LED，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片LED封裝點膠或備膠工序中關(guān)鍵的封裝材料，具有固定粘結(jié)芯片、導(dǎo)電和導(dǎo)熱、傳熱的作用，對LED器件的散熱性、光反射性、VF特性等具有重要的影響。但是技術(shù)不是很成熟，成本價格較高，并未普及。
三、熒光陶瓷膠
具有光學(xué)質(zhì)量最好、性能最高、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特點。屬于新型技術(shù)，比傳統(tǒng)導(dǎo)電膠好很多，但是還處于實驗階段，尚未成型。
通過以上的分析，可以看出，真正的散熱界面材料基本都還在研制當(dāng)中，應(yīng)用還需要一定的時日。LED封裝器件的某條散熱途徑是從LED芯片到鍵合層到內(nèi)部熱沉到散熱基板最后到外部環(huán)境，可以看出散熱基板對LED封裝散熱的重要性，因而散熱基板必須具有以下特征：高導(dǎo)熱性、絕緣性、穩(wěn)定性、平整性和高強度。
一、金屬基板
金屬基板是在原有的印制電路板粘結(jié)在導(dǎo)熱系數(shù)較高的金屬上(銅、鋁等)，以達(dá)到提高電子器件的散熱效果。是連接內(nèi)外散熱通路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，金屬基板的優(yōu)點是成本比較低，能夠大規(guī)模生產(chǎn)，但也存在一定的缺點：①導(dǎo)熱系數(shù)低，MCPCB的熱導(dǎo)率可達(dá)到1—2.2W／(m·K)。②金屬基板結(jié)構(gòu)中的絕緣層厚度要適中，既不能太厚也不能太薄。絕緣層太厚增加了整個金屬基板的熱阻影響散熱效果；絕緣層太薄，如果施加在金屬基板上的電壓過高會擊穿絕緣層，導(dǎo)致短路。
二、陶瓷基板
由陶瓷燒結(jié)而成的基板散熱性佳、耐高溫、耐潮濕、崩潰電壓、擊穿電壓也較高，并且其熱膨脹系數(shù)匹配性佳，有減少熱應(yīng)力及熱形變的特點。因此，陶瓷基板成為大功率LED封裝中的重要基板材料。目前最見用的陶瓷材料主要有氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅等。
結(jié)論：
1）在大功率LED封裝器件中，要實現(xiàn)低熱阻、散熱快的目的，封裝材料成為關(guān)鍵技術(shù)所在，努力尋找更優(yōu)良的封裝材料以提高LED封裝器件的散熱是今后的熱點話題。
2）要解決大功率LED封裝器件的散熱問題，必須選擇合適的封裝材料(包括熱界面材料和基板材料等)。在選擇熱界面材料及基板材料的過程中，應(yīng)根據(jù)合適的場合選擇合適的材料。一般大功率LED封裝中使用較普遍的熱界面材料是導(dǎo)電銀膠，使用較普遍的基板是陶瓷線路板。
