- LED散熱的原理與結(jié)構(gòu)
- LED散熱基板的種類與應(yīng)用
- LED基板選用方式
一般使用的功率或是低功率LED封裝，普通電子業(yè)界用的PCB版及可以滿足需求，但是隨著市場需求的層次擴大，迎接高功率的時機到來，PCB基板漸漸的不敷使用...
在LED產(chǎn)業(yè)前景一片看好時，高功率LED是目前大家關(guān)注的焦點，發(fā)展高功率的利基點，除了考慮臺灣產(chǎn)業(yè)本身的結(jié)構(gòu)鏈、高功率的組態(tài)和散熱方式、散熱基板的發(fā)展背景以及目前散熱基板的技術(shù)演進。
LED散熱的原理與結(jié)構(gòu)
高功率的LED，所輸入能源只有20%轉(zhuǎn)化成光，其余的都以熱的形態(tài)消耗掉，若這些熱能未能及時的排出外界，那么LED的壽命就會因此大打折扣。那么LED的熱能是如何排出的呢？LED散熱能力通常受照封裝模式、及使用材質(zhì)的導(dǎo)熱性所影響，熱的散逸途徑不外乎傳導(dǎo)、對流、輻射這3大類，而LED的封裝材料里積聚的熱能，大部分是以傳導(dǎo)方散出，所以封裝方式和材質(zhì)選用就相當(dāng)關(guān)鍵。
傳統(tǒng)炮彈型封裝，以插件式運用，廣泛運在家電或是通訊產(chǎn)品的指示燈，常看到的顏色多為紅、黃、綠色光等，但因為大部分LED產(chǎn)生的熱只能藉由2根導(dǎo)線，往組裝的基板上導(dǎo)熱，散熱效果不佳。
平板型的封裝方式，因為整體與基板貼合，整體導(dǎo)熱面積增加，加上近年來基板材質(zhì)已針對散熱，作許多研發(fā)與改良，LED運用也就更為廣泛。
圖1：傳統(tǒng)與新型態(tài)的封裝方式。
LED散熱基板的種類
目前常見的基板種類有，硬式印刷電路板、高熱導(dǎo)系數(shù)鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬復(fù)合材料。硬式印刷電路板(PrintedCircuitBoard；PCB)，多用于各項電子基板，最常見到的就是計算機內(nèi)部的各項組件，如主機板、顯示卡、聲卡…等。臺灣發(fā)展了30多年，有完整的體系，從上游到下游，有助于LED基板的發(fā)展。
傳統(tǒng)的PCB板，無法乘載高功率的熱能，發(fā)展仍停在低功率的LED，但由于轉(zhuǎn)型、投資、技術(shù)等其它考慮，并不會往高功率的LED生產(chǎn)研發(fā)方向規(guī)劃，而會以現(xiàn)有的機臺、或是利用其它電子基板技術(shù)轉(zhuǎn)移到LED運用上，達到降低成本、提高效率目的。
高熱導(dǎo)系數(shù)鋁基板(MetalCorePCB；MCPCB)，，是以PCB將下方基材改為鋁合金，一般來說純鋁的散熱系數(shù)k(W/mK)較鋁合金高，但由于純鋁的硬度不高造成使用上的困難，所以會以鋁合金的型式，來制作基板。
在MCPCB國內(nèi)廠商發(fā)展出不同型態(tài)的種類，有以軟板取代氧化鋁板方式，發(fā)揮高效能的散熱，也有的廠商改變樹脂配方，不但將涂布的關(guān)鍵技術(shù)提升，也顧慮到基材的環(huán)保問題。
圖2：傳統(tǒng)電子零件用PCB板與LED用PCB板，在材料本質(zhì)上架構(gòu)相同，但為了達到不同用途，還是會有微小差異。
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陶瓷基板目前有3大類，Al2O3(氧化鋁)、LTCC(低溫共燒陶瓷)、AlN(氮化鋁)，技術(shù)門坎性而言，但AlN最高、LTCC次之。
由陶瓷燒結(jié)而成得LED基板，有散熱性佳、耐高溫、耐潮濕等優(yōu)點。但是價格高出傳統(tǒng)基板數(shù)倍，所以至今仍不是散熱型基板主要組件，但若不考慮價格因素，陶瓷基板是為最佳首選。
未來需要耐高溫的LED，會以需長時間照明的路燈、需強光照明的醫(yī)療燈具...等用途為主，陶瓷基板的優(yōu)勢，要選擇需高度散熱的商品，且需有完備規(guī)格，才能符合生產(chǎn)效益比，才會有前景。
圖3：不同種類陶瓷基板，以瓦數(shù)、內(nèi)部顏色組件作區(qū)分。
軟式印刷電路板(FPC)具有重量輕、可撓性、厚度薄、運用空間靈活等優(yōu)點，熱傳導(dǎo)系數(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)PCB基板或是MCPCB基板，且應(yīng)用面積大于陶瓷基板。
圖4：軟性電路板的基本結(jié)構(gòu)，由膠片組成，具有高度可曲撓性，可以用于狹窄空間中。
圖5：軟性電路板已廣為運用在LED基板上，其柔軟特色，可簡單組裝在空間狹小的電器內(nèi)。
金屬復(fù)合技術(shù)，學(xué)理上熱傳導(dǎo)率高、導(dǎo)熱性好，工研院曾發(fā)表過相關(guān)技術(shù)，但相關(guān)技術(shù)仍處于實驗階段，良率偏低，目前在市場并沒有正式生產(chǎn)。
目前市場LED基板選用方式
PCB板屬于低功率LED封裝，而大于1W(瓦)則以MCPCB為主，以億光電子為例，并沒有著重在任何基板種類，而完全是以市場需求和產(chǎn)品特性區(qū)分，用適合的素材匹配出最合宜的商品。相對于億光這類生產(chǎn)多元商品的公司，禾伸堂則把主力放于陶瓷基板產(chǎn)品，一類由公司自行設(shè)計規(guī)格占總體10%，其余占90%則是由下游廠商委托制造。軟板具有可曲撓性，可應(yīng)用于特殊結(jié)構(gòu)，且熱導(dǎo)率與MCPCB接近，特別適用在小體積、需折迭類型的商品。
