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... Attendez. Cependant, en général, 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 énergie thermique.

Relation entre la température de jonction des 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 baisse la plus importante étant de 75% pour la lumière jaune. En outre, plus la température ambiante de fonctionnement d'une LED est élevée, plus la durée de vie de ses produits PCB est 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 les problèmes de dissipation de chaleur des LED, il est nécessaire de comprendre les voies de dissipation de chaleur, puis d'améliorer les goulots d'étranglement de dissipation de chaleur.

2. Méthode de dissipation de chaleur de LED

Selon la technologie d'emballage différente, la méthode de dissipation de chaleur est également différente, diverses méthodes de dissipation de chaleur pour 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 c'est eutectique et processus 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 du substrat de dissipation de chaleur lui - même pour guider 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 produite par la puce LED lorsqu'elle émet de la lumière dissipe la chaleur du substrat vers la carte de circuit du système via la puce LED, qui est ensuite absorbée par l'environnement atmosphérique pour obtenir un effet de dissipation de chaleur.

1. PCB système

Le circuit imprimé du système est principalement utilisé comme système de dissipation de chaleur LED et conduit enfin l'énergie thermique aux ailettes, aux boîtiers ou aux matériaux dans l'atmosphère. Ces dernières années, la technologie de production de circuits imprimés (PCB) est devenue très complexe. Les cartes système des premiers produits LED étaient principalement des PCB. Cependant, avec l'augmentation de la demande de LED haute puissance, la capacité de dissipation thermique du matériau PCB est limitée et il n'est pas possible de l'appliquer aux PCB. Pour les produits de haute puissance, afin d'améliorer les problèmes de dissipation thermique des LED de haute puissance, un substrat en aluminium à haute conductivité thermique (mcpcb) a récemment été développé, qui utilise les meilleures caractéristiques de dissipation thermique des matériaux métalliques pour atteindre les objectifs de dissipation thermique des produits de haute puissance. Cependant, avec l'évolution continue de la luminosité et des exigences de performance des LED, alors que la carte de circuit imprimé du système peut efficacement dissiper la chaleur générée par la puce LED dans l'atmosphère, la chaleur générée 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 sur le substrat de dissipation de chaleur de la puce LED. Le prochain article donnera une discussion plus approfondie sur le substrat de puce LED.

2. Substrat de puce 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 imprimé du système et est lié à la puce LED par un processus de liaison par fil, d'eutectique ou de puce inversée. Basé sur des considérations de dissipation de chaleur, le substrat de puce LED actuellement sur le marché est principalement un substrat en céramique, qui peut être grossièrement divisé en trois types: substrat en céramique à film épais, céramique multicouche de co - cuisson à basse température et substrat en céramique à film 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 de la puce, puis combinent la puce LED et le substrat en céramique avec un fil d'or. Comme indiqué en introduction, cette Connexion filaire en or limite l'effet de dissipation thermique le long des contacts d'électrode. Par conséquent, au cours des dernières années, les principaux fabricants nationaux et étrangers se sont efforcés de résoudre ce problème.

Il y a deux solutions. L'une consiste à rechercher des substrats à coefficient de dissipation thermique élevé pour remplacer l'alumine, y compris des substrats en silicium, des substrats en carbure de silicium, des substrats en aluminium anodisé ou des substrats en Nitrure d'aluminium. Parmi eux, les substrats de silicium et de carbure de silicium sont des matériaux semi - conducteurs. Du fait de ses caractéristiques, on se heurte à ce stade à des tests encore plus sévères, le substrat en aluminium anodisé étant susceptible de devenir conducteur en raison de la résistance insuffisante de la couche d'oxydation anodisée, ce qui limite son application pratique. Par conséquent, ce qui est plus mature et généralement accepté à ce stade est le Nitrure d'aluminium 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 les PCB flexibles ont été progressivement développés.

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 à l'aide d'un cylindre en caoutchouc, puis séché, fritté et laser. À l'heure actuelle, les principaux fabricants nationaux de substrats en céramique à film épais sont He Shentong et jiuhao 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. Par conséquent, la précision des substrats céramiques à couche épaisse est progressivement insuffisante pour les futurs produits LED de forte puissance nécessitant des circuits de plus en plus petits et complexes, ou des produits LED nécessitant un alignement précis des processus eutectiques ou à puce inversée.

2. Céramique multicouche co - calcinée à basse température

La technique de la céramique multicouche de co - cuisson à basse température utilise la céramique comme substrat. Le circuit est imprimé par sérigraphie sur un substrat, puis intégré dans un substrat en céramique multicouche et finalement formé par frittage cryogénique. Les principaux fabricants nationaux comprennent jd.com Electronics, Fengxin et d'autres sociétés. 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. De plus, le retrait sera également pris en compte après laminage et frittage de la céramique multicouche. Par conséquent, si la céramique multicouche co - calcinée à basse température est utilisée dans les produits eutectiques / Flip Chip LED qui nécessitent 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 par 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.