Tecnología de PCB - Tecnología de placas de circuito de PCB sustrato de disipación de calor LED

I. Introducción

Con la mejora de la conciencia mundial sobre la protección del medio ambiente, el ahorro de energía y electricidad se ha convertido en la tendencia actual. La industria LED es una de las industrias de PCB más preocupadas en los últimos años. Hasta ahora, los productos LED tienen las ventajas de ahorro de energía, ahorro de energía, alta eficiencia, tiempo de respuesta rápido, larga vida útil, sin mercurio, protección del medio ambiente, etc. Sin embargo, por lo general, alrededor del 20% de la Potencia de entrada de los productos LED de alta potencia se puede convertir en luz, y el 80% restante de la energía eléctrica se puede convertir en calor.

La relación entre la temperatura del nudo LED y la eficiencia luminosa. Cuando la temperatura de unión suba de 25 ° C a 100 ° c, la eficiencia luminosa disminuirá entre un 20% y un 75%, y la luz amarilla será la más afectada, con una caída del 75%. Además, cuanto mayor sea la temperatura ambiente de trabajo del led, menor será la vida útil de sus productos de pcb. Cuando la temperatura de funcionamiento aumente de 63 ° C a 74 ° c, la vida media de vida del LED se reducirá en 3 / 4. Por lo tanto, para mejorar la eficiencia luminosa de los led, la gestión y el diseño de la disipación de calor del sistema LED se han convertido en un tema importante. Antes de entender el problema de disipación de calor del led, es necesario entender la ruta de disipación de calor y luego mejorar el cuello de botella de disipación de calor.

2. modo de disipación de calor LED

Según la tecnología de encapsulamiento, los métodos de disipación de calor también son diferentes, y los LED tienen varios métodos de disipación de calor.

1. disipa el calor del aire

2. la energía térmica proviene directamente de la placa de circuito del sistema.

3. salida de energía térmica a través de la línea de oro

4. si se trata de un proceso de chip Eutéctico e invertido, el calor se exportará a la placa de circuito PCB del sistema a través del agujero)

3. sustrato de disipación de calor LED

El sustrato de disipación de calor LED utiliza principalmente la buena conductividad térmica del propio material del sustrato de disipación de calor para sacar la fuente de calor del núcleo led. Por lo tanto, a partir de la descripción de la ruta de disipación de calor led, podemos dividir el sustrato de disipación de calor LED en dos categorías, a saber (1) el sustrato del núcleo LED y (2) la placa de circuito del sistema. Estos dos diferentes sustratos de disipación de calor llevan cristales LED por separado. El chip LED emite calor del sustrato a la placa de circuito del sistema a través del chip led, que luego es absorbido por el entorno atmosférico para lograr el efecto de disipación de calor.

1. PCB del sistema

La placa de circuito del sistema se utiliza principalmente como un sistema de disipación de calor led, que finalmente conduce energía térmica a disipadores de calor, carcasas o materiales en la atmósfera. En los últimos años, la tecnología de producción de placas de circuito impreso (pcb) ha madurado mucho. La mayoría de las placas de circuito del sistema de los primeros productos LED eran pcb. Sin embargo, a medida que aumenta la demanda de LED de alta potencia, la capacidad de disipación de calor de los materiales de PCB es limitada y no se puede aplicar a ellos. Para los productos de alta potencia, con el fin de mejorar la disipación de calor de los LED de alta potencia, recientemente se ha desarrollado un sustrato de aluminio de alta conductividad térmica (mcpcb), que utiliza las mejores características de disipación de calor de los materiales metálicos para lograr el objetivo de disipación de calor de los productos de alta potencia. Sin embargo, con el desarrollo continuo de los requisitos de brillo y rendimiento de los led, aunque la placa de circuito del sistema puede disipar eficazmente el calor generado por el chip led a la atmósfera, el calor generado por el núcleo LED no se puede transmitir eficazmente del núcleo al circuito del sistema. En otras palabras, cuando la Potencia LED aumenta de manera más efectiva, el cuello de botella de disipación de calor de todo el led aparecerá en el sustrato de disipación de calor del núcleo led. El siguiente artículo discutirá más a fondo el sustrato del núcleo led.

2. sustrato de núcleo LED

El sustrato del núcleo LED se utiliza principalmente como medio para obtener energía térmica entre el núcleo LED y la placa de circuito del sistema, y se combina con el núcleo led a través del proceso de Unión de cables, eutéctica o chip invertido. Sobre la base de la consideración de disipación de calor, los sustratos de núcleo LED en el mercado actual son principalmente sustratos cerámicos, que se pueden dividir aproximadamente en tres tipos: sustratos cerámicos de película gruesa, sustratos cerámicos multicapa cocreados a baja temperatura y sustratos cerámicos de película delgada. Los componentes LED tradicionales de alta potencia suelen utilizar sustratos cerámicos Co - quemados con película gruesa o baja temperatura como sustratos de disipación de calor del núcleo, y luego combinan el núcleo led con el sustrato cerámico con cables de oro. Como se menciona en la introducción, esta conexión de alambre de oro limita el efecto de disipación de calor del contacto a lo largo del electrodo. Por lo tanto, en los últimos años, los principales fabricantes nacionales y extranjeros han trabajado duro para resolver este problema.

Hay dos soluciones. Una es buscar un material de sustrato con alto coeficiente de disipación de calor para reemplazar la alúmina, incluyendo un sustrato de silicio, un sustrato de carburo de silicio, un sustrato de alúmina anódica o un sustrato de nitruro de aluminio. Entre ellos, los sustratos de silicio y carburo de silicio son materiales semiconductores. Debido a sus características, en esta etapa ha encontrado pruebas más severas y debido a la falta de resistencia de la capa de anodización, es probable que el sustrato de alúmina anódica sea conductor eléctrico, lo que limita su aplicación práctica. Por lo tanto, en esta etapa, es más maduro y generalmente aceptado el nitruro de aluminio como sustrato de disipación de calor.

En los últimos años, debido al desarrollo de sustratos de aluminio, el problema de disipación de calor de la placa de circuito del sistema ha mejorado gradualmente, e incluso se han desarrollado gradualmente PCB flexibles.

4. introducción del sustrato de disipación de calor de cerámica LED

1. sustrato cerámico de película gruesa

El sustrato cerámico de película gruesa se produce mediante tecnología de impresión de malla de alambre. El material se imprime en el sustrato a través de un raspador y luego se seca, se sinteriza y se trata con láser. En la actualidad, los principales fabricantes nacionales de sustratos cerámicos de película gruesa son Heshen Temple y jiuhao waiting company. En términos generales, las líneas producidas por el método de impresión de malla de alambre son propensas a situaciones en las que las líneas son ásperas e inexactas debido a problemas de malla de alambre. Por lo tanto, la precisión de los sustratos cerámicos de película gruesa se ha vuelto gradualmente insuficiente para los productos LED de alta potencia que requieren un tamaño cada vez más pequeño y circuitos más complejos en el futuro, o para los productos LED que requieren un proceso de alineación precisa de chips eutécticos o invertidos.

2. cerámica multicapa cocaína a baja temperatura

La tecnología cerámica multicapa cocaína a baja temperatura utiliza cerámica como material de base. El circuito se imprime en el sustrato a través de la impresión de malla de alambre, luego se integra el sustrato cerámico multicapa y finalmente se forma a través de la sinterización a baja temperatura. Los principales productores nacionales incluyen Jingde electronics, Fengxin y otras empresas. La capa de circuito metálico del sustrato cerámico multicapa cocreado a baja temperatura también se hace a través de un proceso de impresión de malla de alambre, que también puede causar errores de alineación debido a problemas de cuadrícula. Además, se tendrá en cuenta la tasa de contracción después de laminar y aglomerar la cerámica multicapa. Por lo tanto, si la cerámica multicapa cocaína a baja temperatura se utiliza en productos LED de chip Eutéctico / invertido que requieren una alineación precisa del circuito, será más estricta.

V. tendencias de desarrollo de los productos LED de los fabricantes internacionales de PCB

A partir de las observaciones recientes sobre la Potencia y el tamaño de los productos LED publicadas por los principales fabricantes de envases led, podemos ver la tendencia actual de desarrollo de los productos led. Método de disipación de calor del núcleo led. Por lo tanto, el sustrato de disipación de calor cerámico se ha convertido en una parte muy importante de la estructura de productos LED de alta potencia y pequeño tamaño. La siguiente tabla 2 resume brevemente el Estado de desarrollo y las categorías de productos de los principales productos LED en el país y en el extranjero.