Technologie PCB - Carte PCB technologie LED dissipation thermique substrat

I. Introduction

Avec une conscience environnementale mondiale accrue, les économies d'énergie et d'électricité sont devenues la tendance actuelle. L'industrie LED est l'une des industries de PCB les plus regardées ces dernières années. Jusqu'à présent, les produits LED ont les avantages d'économie d'énergie, économie d'énergie, haute efficacité, temps de réponse rapide, longue durée de vie, sans mercure, protection de l'environnement... Cependant, généralement, environ 20% de la puissance d'entrée d'un produit LED haute puissance peut être convertie en lumière et les 80% restants de l'énergie électrique peuvent être convertis en chaleur.

Relation entre la température de la jonction LED et l'efficacité lumineuse. Lorsque la température de jonction augmente de 25°C à 100°C, l'efficacité lumineuse diminue de 20 à 75%, la chute de la lumière jaune étant la plus importante, jusqu'à 75%. En outre, plus la température ambiante de fonctionnement d'une LED est élevée, plus la durée de vie de ses produits PCB sera faible. Lorsque la température de fonctionnement passe de 63°c à 74°c, la durée de vie moyenne des LED sera réduite de 3 / 4. Par conséquent, pour améliorer l'efficacité lumineuse des LED, la gestion et la conception de la dissipation thermique des systèmes LED sont devenues un sujet important. Avant de comprendre le problème de dissipation de chaleur des LED, il est nécessaire de comprendre le chemin de dissipation de chaleur, puis d'améliorer le goulot d'étranglement de la dissipation de chaleur.

2. Méthode de dissipation de chaleur de LED

Selon la technologie d'emballage, la méthode de dissipation de chaleur est également différente, les différentes méthodes de dissipation de chaleur de la LED

1. Dissipe la chaleur dans l'air

2. L'énergie thermique provient directement du circuit imprimé du système

3. Sortie d'énergie thermique par fil d'or

4. Si le processus eutectique et flipchip, la chaleur sera exportée vers la carte de circuit imprimé du système via le via)

Iii. Substrat de dissipation de chaleur LED

Le substrat de dissipation de chaleur LED utilise principalement la meilleure conductivité thermique du matériau de substrat de dissipation de chaleur lui - même pour extraire la source de chaleur du noyau LED. Ainsi, à partir de la description du chemin de dissipation de chaleur LED, nous pouvons subdiviser les substrats de dissipation de chaleur LED en deux catégories, à savoir (1) Les substrats de puce LED et (2) Les cartes de circuit imprimé du système. Ces deux substrats Dissipateurs de chaleur différents portent chacun un cristal LED. L'énergie thermique générée par la puce LED lorsqu'elle émet de la lumière traverse la puce LED, dissipant la chaleur du substrat sur la carte de circuit imprimé du système, puis absorbée par l'environnement atmosphérique pour atteindre l'effet de dissipation de chaleur.

1. PCB système

La carte de circuit imprimé du système est principalement utilisée comme système de dissipation de chaleur LED qui conduit finalement l'énergie thermique aux ailettes, au boîtier ou aux matériaux dans l'atmosphère. Au cours des dernières années, la technologie de production de circuits imprimés (PCB) a été très mature. Les cartes système des premiers produits LED étaient principalement des PCB. Cependant, à mesure que la demande de LED haute puissance augmente, la capacité de dissipation thermique des matériaux de PCB est limitée et il n'est pas possible de les appliquer. Pour les produits de haute puissance, afin d'améliorer les problèmes de dissipation de chaleur des LED de haute puissance, un substrat en aluminium à haute conductivité thermique (mcpcb) a récemment été développé, qui utilise de meilleures caractéristiques de dissipation de chaleur des matériaux métalliques pour atteindre l'objectif de dissipation de chaleur des produits de haute puissance. Cependant, avec l'évolution continue de la luminosité et des exigences de performance des LED, bien que la carte de circuit imprimé du système puisse dissiper efficacement la chaleur produite par la puce LED dans l'atmosphère, la chaleur produite par la puce LED ne peut pas être efficacement conduite de la puce au circuit du système. En d'autres termes, lorsque la puissance de la LED augmente plus efficacement, le goulot d'étranglement de la dissipation de chaleur de la LED entière apparaîtra dans le substrat de dissipation de chaleur de la puce LED. Le prochain article aura une discussion plus approfondie sur le substrat de la puce LED.

2. Substrat de noyau de tube de LED

Le substrat de la puce LED est principalement utilisé comme moyen d'obtenir de l'énergie thermique entre la puce LED et la carte de circuit du système et est lié à la puce LED par des procédés de connexion par fil, d'eutectique ou de puce inversée. Sur la base de considérations de dissipation thermique, le substrat de la puce LED actuellement sur le marché est principalement un substrat en céramique, qui peut être grossièrement divisé en trois types: substrat en céramique à couche épaisse, substrat en céramique multicouche co - calciné à basse température et substrat en céramique à couche mince. Les éléments LED traditionnels à haute puissance utilisent généralement un film épais ou un substrat en céramique co - calciné à basse température comme substrat de dissipation de chaleur du noyau, puis combinent le noyau LED avec le substrat en céramique avec un fil d'or. Comme indiqué en introduction, cette liaison filaire en or limite l'effet de dissipation thermique le long du contact des électrodes. Par conséquent, au cours des dernières années, divers grands fabricants nationaux et étrangers ont travaillé dur pour résoudre ce problème.

Il y a deux solutions. L'une consiste à rechercher un matériau de substrat à coefficient de dissipation thermique élevé à la place de l'alumine, comprenant un substrat de silicium, un substrat de carbure de silicium, un substrat d'aluminium anodisé ou un substrat de nitrure d'aluminium. Parmi eux, les substrats de silicium et de carbure de silicium sont des matériaux semi - conducteurs. En raison de ses caractéristiques, il a rencontré à ce stade des tests plus sévères et il est très probable que le substrat en aluminium anodisé soit conducteur en raison de la résistance insuffisante de la couche anodisée, ce qui limite son application pratique. Ainsi, à ce stade, le Nitrure d'aluminium est plus mature et généralement accepté comme substrat dissipateur de chaleur.

Ces dernières années, en raison du développement du substrat en aluminium, le problème de la dissipation thermique des cartes de circuit imprimé du système a été progressivement amélioré et même progressivement développé PCB flexible flexible.

Iv. Introduction du substrat de dissipation de chaleur en céramique LED

1. Substrat céramique à film épais

Le substrat en céramique à film épais est produit par la technologie de la sérigraphie. Le matériau est imprimé sur le substrat par raclage, puis séché, fritté et traité au laser. À l'heure actuelle, les principaux fabricants nationaux de substrats en céramique à film épais sont He Xintang et nine good et d'autres sociétés. En général, les lignes produites par la méthode de sérigraphie sont sujettes à des situations où les lignes sont rugueuses et mal alignées en raison des problèmes de sérigraphie. Ainsi, la précision des substrats céramiques à couche épaisse est devenue progressivement insuffisante pour une utilisation future de produits LED haute puissance nécessitant des circuits de plus en plus petits et complexes, ou des produits LED nécessitant un alignement précis des procédés eutectiques ou à puce inversée.

2. Céramique multicouche co - calcinée à basse température

La technologie de la céramique multicouche co - calcinée à basse température utilise la céramique comme substrat. Le circuit est imprimé sur un substrat par sérigraphie, puis un substrat céramique multicouche est intégré et enfin formé par frittage cryogénique. Les principaux fabricants nationaux comprennent des sociétés telles que Jinde Electronics, Fengxin et d'autres. La couche de circuit métallique d'un substrat céramique multicouche co - calciné à basse température est également réalisée par un procédé de sérigraphie qui peut également entraîner des erreurs d'alignement dues à des problèmes de maillage. Par ailleurs, après laminage et frittage de la céramique multicouche, le retrait sera également pris en compte. Par conséquent, si la céramique multicouche co - calcinée à basse température est utilisée pour des produits LED eutectiques / à puce inversée nécessitant un alignement précis du circuit, elle sera plus stricte.

V. Tendances du développement des produits LED des fabricants internationaux de PCB

Les tendances actuelles du développement des produits LED peuvent être observées à partir des observations récentes sur la puissance et la taille des produits LED publiées par les principaux fabricants d'emballages LED. Méthode de dissipation de chaleur de la puce LED. Par conséquent, le substrat de dissipation de chaleur en céramique est devenu une partie très importante de la structure des produits LED de grande puissance et de petite taille. Le tableau 2 ci - dessous résume brièvement l'état actuel du développement et les catégories de produits des principaux produits LED au pays et à l'étranger.