PCB Tecnico - Tecnologia del circuito stampato a LED substrato di dissipazione del calore

I. Introduzione

Con l'aumento della consapevolezza ambientale globale, il risparmio energetico e il risparmio energetico sono diventati la tendenza attuale. L'industria LED è una delle industrie PCB più osservate negli ultimi anni. Finora, i prodotti LED hanno i vantaggi di risparmio energetico, risparmio energetico, alta efficienza, tempi di risposta rapidi, lungo ciclo di vita, nessun mercurio e benefici di protezione ambientale... Tuttavia, di solito circa il 20% della potenza in ingresso dei prodotti ad alta potenza LED può essere convertito in luce e il restante 80% di energia elettrica può essere convertito in calore.

Il rapporto tra temperatura di giunzione LED ed efficienza luminosa. Quando la temperatura di giunzione sale da 25°C a 100°C, l'efficienza luminosa scenderà dal 20% al 75%, e il calo della luce gialla è il più grave del 75%. Inoltre, maggiore è la temperatura dell'ambiente operativo del LED, minore è la durata dei suoi prodotti PCB. Quando la temperatura di esercizio sale da 63°C a 74°C, la durata media del LED sarà ridotta di 3/4. Pertanto, al fine di migliorare l'efficienza luminosa dei LED, la gestione della dissipazione del calore e la progettazione del sistema LED è diventato un argomento importante. Prima di comprendere i problemi di dissipazione del calore dei LED, è necessario comprendere i percorsi di dissipazione del calore e quindi migliorare il collo di bottiglia della dissipazione del calore.

2. Metodo di dissipazione del calore del LED

Secondo le diverse tecnologie di imballaggio, anche i metodi di dissipazione del calore sono diversi e i vari metodi di dissipazione del calore dei LED

1. Dissipare il calore dall'aria

2. L'energia termica è direttamente derivata dal Systemcircuitboard

3. Esportare energia termica tramite filo d'oro

4. se è eutettico e processo Flipchip, il calore sarà esportato al circuito stampato del sistema attraverso il foro passante)

Tre, substrato di dissipazione del calore del LED

Il substrato dissipante del calore del LED utilizza principalmente la migliore conducibilità termica del materiale dissipante del calore stesso del substrato per condurre la fonte di calore dalla matrice del LED. Pertanto, dalla descrizione del percorso di dissipazione del calore del LED, possiamo suddividere il substrato di dissipazione del calore del LED in due categorie, vale a dire (1) substrato della matrice del LED e (2) circuito stampato del sistema. Questi due diversi substrati di dissipazione del calore trasportano rispettivamente il cristallo LED. L'energia termica generata quando il chip LED emette luce dal chip LED passa attraverso il chip LED per dissipare il calore dal substrato al circuito stampato del sistema ed è quindi assorbito dall'ambiente atmosferico per raggiungere l'effetto della dissipazione del calore.

1. Sistema PCB

Il circuito stampato del sistema pricipalmente è utilizzato come sistema di dissipazione del calore del LED e infine conduce l'energia termica alle alette di dissipazione del calore, al guscio o al materiale nell'atmosfera. Negli ultimi anni, la tecnologia di produzione dei circuiti stampati (PCB) è stata molto sofisticata. I circuiti stampati di sistema dei primi prodotti LED erano per lo più PCB. Tuttavia, man mano che aumenta la domanda di LED ad alta potenza, la capacità di dissipazione del calore dei materiali PCB è limitata, rendendo impossibile applicarli a loro. Per i prodotti ad alta potenza, al fine di migliorare il problema di dissipazione del calore dei LED ad alta potenza, è stato recentemente sviluppato un substrato di alluminio ad alta conducibilità termica (MCPCB), che utilizza le caratteristiche di migliori caratteristiche di dissipazione del calore dei materiali metallici per raggiungere lo scopo della dissipazione del calore per i prodotti ad alta potenza. Tuttavia, con lo sviluppo continuo dei requisiti di luminosità e prestazioni del LED, anche se il circuito stampato di sistema può dissipare efficacemente il calore generato dal chip del LED nell'atmosfera, il calore generato dallo stampo del LED non può essere condotto efficacemente dallo stampo al circuito del sistema. In altre parole, quando la potenza del LED è aumentata in modo più efficiente, il collo di bottiglia di dissipazione del calore dell'intero LED apparirà nel substrato di dissipazione del calore del LED die. Il prossimo articolo farà una discussione più approfondita sul substrato della matrice LED.

2. LED die substrat

Il substrato della matrice del LED è utilizzato principalmente come mezzo per la derivazione dell'energia termica tra la matrice del LED e il circuito stampato del sistema ed è combinato con la matrice del LED attraverso il processo di legame del cavo, eutettico o flip chip. Sulla base di considerazioni sulla dissipazione del calore, gli attuali substrati della matrice LED sul mercato sono principalmente substrati ceramici, che possono essere approssimativamente suddivisi in tre tipi: substrati ceramici a film spesso, ceramica multistrato co-cotto a bassa temperatura e substrati ceramici a film sottile. I componenti LED tradizionali ad alta potenza utilizzano solitamente substrati ceramici co-cotti a pellicola spessa o bassa temperatura come substrati di dissipazione del calore della matrice e quindi combinano le matrici LED e i substrati ceramici con fili d'oro. Come accennato nell'introduzione, questo collegamento a filo d'oro limita l'efficacia della dissipazione del calore lungo i contatti dell'elettrodo. Pertanto, negli ultimi anni, i principali produttori nazionali e stranieri hanno lavorato duramente per risolvere questo problema.

Ci sono due soluzioni. Uno è quello di trovare un materiale del substrato con un alto coefficiente di dissipazione del calore per sostituire l'ossido di alluminio, compresi substrati del silicio, substrati del carburo di silicio, substrati di alluminio anodizzato o substrati del nitruro di alluminio. Tra questi, substrati di silicio e carburo di silicio sono materiali semiconduttori. A causa delle sue caratteristiche, ha incontrato test più severi in questa fase e il substrato di alluminio anodizzato è probabile che sia conduttivo a causa della resistenza insufficiente dello strato di ossido anodizzato, il che rende la sua applicazione pratica limitata. Pertanto, in questa fase Il nitruro di alluminio più maturo e generalmente accettato è come substrato di dissipazione del calore

Negli ultimi anni, a causa dello sviluppo di substrati in alluminio, il problema di dissipazione del calore dei circuiti stampati di sistema è stato gradualmente migliorato e anche PCB flessibili sono stati gradualmente sviluppati.

Quattro, introduzione ceramica del substrato di dissipazione di calore del LED

1. substrato ceramico a pellicola spessa

I substrati ceramici a pellicola spessa sono prodotti utilizzando la tecnologia di serigrafia. Il materiale viene stampato sul substrato da una spatola, quindi essiccato, sinterizzato e laserato. Attualmente, i principali produttori nazionali di substrato ceramico del film spesso sono He Shentang e Jiuhao in attesa della società. In generale, le linee realizzate con il metodo di stampa serigrafica sono soggette a linee ruvide e allineamento impreciso a causa dei problemi dello schermo. Pertanto, per i prodotti LED ad alta potenza che richiedono dimensioni sempre più piccole e circuiti più sofisticati in futuro, o per i prodotti LED che richiedono un allineamento accurato dei processi eutettici o flip-chip, la precisione dei substrati ceramici a pellicola spessa è stata gradualmente insufficiente per l'uso.

2. Ceramica multistrato co-bruciato a bassa temperatura

La tecnologia ceramica multistrato co-cotta a bassa temperatura utilizza la ceramica come materiale del substrato. Il circuito viene stampato sul substrato mediante serigrafia e quindi il substrato ceramico multistrato è integrato e infine formato dalla sinterizzazione a bassa temperatura. I principali produttori nazionali includono Jingde Electronics, Fengxin e altre società. Lo strato del circuito metallico del substrato ceramico multistrato co-cotto a bassa temperatura è realizzato anche dal processo di stampa serigrafica, che può anche causare errori di allineamento a causa del problema della maglia. Inoltre, dopo che la ceramica multistrato è laminata e sinterizzata, sarà considerato anche il rapporto di restringimento. Pertanto, se la ceramica multistrato co-alimentata a bassa temperatura viene utilizzata in prodotti a LED eutettici / flip-chip che richiedono un allineamento preciso del circuito, sarà ancora più rigorosa.

Cinque, la tendenza di sviluppo dei prodotti LED dei produttori internazionali di PCB

L'attuale tendenza di sviluppo dei prodotti LED può essere visto dall'osservazione della potenza e delle dimensioni dei prodotti LED recentemente pubblicati dai principali produttori di imballaggi LED. Modi per dissipare il calore dalle matrici LED. Pertanto, i substrati ceramici di dissipazione del calore sono diventati una parte molto importante della struttura dei prodotti LED ad alta potenza e di piccole dimensioni. La seguente tabella 2 è una semplice sintesi dello stato di sviluppo e delle categorie di prodotti dei principali prodotti LED in patria e all'estero.