嵌埋陶瓷散热基板对白光LED性能的影响

将氮化铝陶瓷片局部嵌入FR4材料中获得嵌埋陶瓷散热基板,结合LED相关测试手段对比研究了其与普通MCPCB对白光LED光学特性的影响。将嵌埋陶瓷散热基板应用于功率为30 W的远近一体车灯光源,并对LED车灯光源进行了光衰测试以及可靠性验证。结果表明,嵌埋陶瓷散热基板较之普通MCPCB有着更好的散热性能,FR4/Al N界面呈现出良好的结合强度,可以大幅减小LED的结温,有效改善LED的光学性能,极大地提升LED汽车灯光源的性能稳定性。

热电分离式铜基板的制备及其在LED散热领域的应用

借鉴热电分离式设计理念,利用图形转移和蚀刻技术将铜合金板材加工成带有导热柱的底座,然后通过压合工艺将金属底座与FR4复合制备成热电分离式金属基板。利用冷热冲击试验箱对基板进行了热冲击试验,并借助SEM对历经1 000个高低温突变冷热循环后的铜基材与FR4界面形貌进行了观察与研究。利用结温测试仪、功率计、积分球系统、半导体制冷温控台等仪器和设备,通过结温及热阻测试对比研究了普通铜基板与热电分离式铜基板在铜基、绝缘层及线路层厚度相同的情况下,对大功率LED模组散热效果的影响。结果表明,基板在经低温-55℃、高温125℃、1 000次冷热循环后,铜基材与FR4界面处既无裂纹萌生,也无气泡产生,FR4与铜基材结合完好。对于驱动功率为13W的LED灯珠,在模组辐射功率与热功率大致相同的情况下,热电分离式铜基板与普通铜基板所对应的芯片结温分别为49.72和73.14℃,所对应模组的热阻则分别为2.21和4.37℃/W,这意味着热电分离式铜基板较之普通铜基板在大功率LED散热管理方面更具优势。

阳极氧化铝基板的制备及在LED散热领域的应用

利用阳极氧化技术制备了普通阳极氧化铝基板,并在此基础上结合图形转移的方法制备出了选择性阳极氧化铝基板。借助电镜扫描并通过冷热循环冲击试验对铝材与阳极氧化膜界面处在高低温突变情况下的界面形貌进行了分析。利用结温测试仪、积分球系统、功率计、半导体制冷温控台等仪器设备,通过结温及热阻测试对比研究了两种铝基板与普通MCPCB(Metal Core PCB,金属芯印刷电路板)对LED模组散热效果的影响情况。结果表明,两种基板在经低温-55℃,高温125℃,1000次冷热循环后,氧化膜无裂纹滋生,氧化膜与铝材界面结合完好;对于驱动功率为3 W的LED灯珠,普通MCPCB、普通阳极氧化铝基板与选择性阳极氧化铝基板所对应的芯片结温分别为46.5℃、42.03℃和38.52℃,对应模组的热阻则分别为9.29℃/W、7.49℃/W和5.85℃/W。

金属基板结构对LED散热性能的影响

为满足天使眼汽车照明用LED灯的散热需求,设计了4种散热管理方案,同时利用结温测试仪与热电偶分别对上述4种方案的LED灯珠结温及金属基板(MCPCB)底部温度进行了测试,并对4种方案的散热效果展开了对比研究。结果表明,表面贴装技术(SMT)焊接方案较铆接方案具备一定的散热优势,而热电分离式金属基板的焊接方案较普通金属基板的焊接方案散热优势明显,能大幅度降低LED结温,有望赋予天使眼LED灯更加优异的综合性能;当环境温度分别为(25±1)及(90±3)℃时,4种方案的散热效果为:0.4mm厚热电分离式金属基板的焊接方案>0.3mm厚普通金属基板的焊接方案>1.0mm厚普通金属基板的铆接方案>0.3mm厚普通金属基板的铆接方案;当环境温度为(25±1)℃时,4种散热方案下的LED结温均在最高允许温度135℃以内。而当环境温度为(90±3)℃时,只有使用热电分离式金属基板焊接方案的天使眼的LED结温低于最高允许温度,为117.92℃,其它3种方案的天使眼LED结温均超过最高允许温度。

嵌埋陶瓷基板的白光LED散热问题

借助积分球系统和结温测试仪,对比研究了具有相同外形尺寸的MCPCB及嵌埋陶瓷基板对白光LED散热影响的差异,同时还研究了当AlN几何尺寸时嵌埋陶瓷基板在LED功率及尺寸变化时其散热性能的变化情况。结果表明,嵌埋陶瓷基板因一维热阻及扩散热阻均小于MCPCB,从而具备较好的散热优势;随着LED功率及尺寸的增大,含相同几何尺寸AlN的嵌埋陶瓷基板的总热阻变小,其所表现出来的散热性能有所提升,与之对应的LED模组的热阻也相应减小,这种散热差异性是由参与导热的陶瓷块的体积以及水平方向上的扩散热阻所决定的。

陶瓷基板表面金属化研究现状与发展趋势

散热基板是大功率电子元器件散热的重要通道,其导热性能将直接影响功率型电子元器件的可靠性与使用寿命。详细介绍了陶瓷作为高导热的散热基板材料,其表面金属化的技术方案及发展现状,同时指出了各种金属化方案的关键技术难点,对比分析了各类陶瓷封装散热基板的特点与性能差异,并在此基础上对陶瓷基板的发展趋势进行预测。

两种热电分离式基板导热性能的对比研究

基于热电分离式设计理念,开发出FR4/Cu与FR4/AlN两种高导热散热基板,并利用SMT工艺将13 W的Osram S2W型LED灯珠分别与上述两种散热基板焊接后组装成LED模组;利用半导体制冷温控台恒定散热基板底部温度后,使用结温测试仪对LED的结温进行了测试。同时借助直流电源和积分球分别对LED的总功率和光功率进行了测量后得到了模组的热功率值。最后根据LED结温测试结果与热功率值计算得出了模组的热阻值,并在此基础上对两种基板的散热性能进行了对比研究。结果表明,FR4/AlN基板的散热性能较之FR4/Cu基板稍逊。当使用FR4/Cu基板散热时,LED的结温和热阻分别是49.72℃、2.21℃/W。当使用FR4/AlN基板散热时,LED的结温和热阻分别是51.32℃、2.32℃/W。

基于热电分离式理念的LED车灯光源的开发

基于热电分离式理念开发出一种功率为25 W且散热性能极佳的汽车灯照明用LED车灯光源,同时利用积分球系统和结温测试仪对其光热特性进行了表征,并利用快速温度变化实验箱通过冷热循环试验对其可靠性进行了验证,最后与目前应用较为广泛的卤素灯进行了对比研究。结果表明,当环境温度为30℃时,LED车灯光源的结温为118. 59℃;与卤素灯相比,LED在能耗仅为卤素灯46. 84%的前提下,其光通量、光功率、光效分别是卤素灯的2. 6倍、1. 34倍、5. 56倍;当环境温度为65℃,LED车灯光源工作6 000 h之后,光通量几乎无衰减;当循环初始温度为20℃时,光源经-40～85℃冷热循环100 cycle后仍然保持正常工作状态,完全满足实际工程应用要求。

扩散热阻对FR4/AlN复合材料导热性能的影响

首先,将AlN陶瓷表面金属化后分别切割成10mm×10mm×1.0mm、12mm×12mm×1.0mm及15mm×15mm×1.0mm的方块,嵌入环氧树脂中制备成FR4/AlN复合材料;然后,利用SMT工艺将同款LED灯珠与上述内置三种不同尺寸AlN的复合基板材料组装成LED模组;最后,利用结温测试仪与半导体制冷温控台对三种LED模组分别进行了结温测试。同时,结合热仿真手段对复合材料水平面的温度分布情况进行了模拟研究。结果表明:上述三种尺寸陶瓷片对应LED的结温分别为96.95、92.94与91.81℃。热仿真结果显示,陶瓷片尺寸通过界面热阻对扩散热阻产生影响,增大陶瓷片尺寸有助于降低扩散热阻,进而改善FR4/AlN复合材料的整体散热性能。

陶瓷金属化研究现状及发展趋势

陶瓷作为一种导热率较高的新兴散热材料,在大功率电子元器件封装散热领域优势凸显。陶瓷表面金属化是陶瓷基板在功率型电子封装领域获得实际应用的重要环节,且金属化层的好坏将直接影响到功率型电子元器件的可靠性与使用寿命。本文在查阅并参考国内外权威文献资料的基础上,系统论述了陶瓷作为高导热的散热基板材料,其表面金属化的研究现状及发展趋势。并着重介绍了陶瓷金属化的新工艺及在其它领域的新应用。

两种热电分离式MCPCB导热性能的对比研究

利用SMT工艺将两种功率不同的LED分别与设计完全相同的热电分离式铜基板及铝基板组装成模组,然后借助结温测试系统及积分球系统对两种金属基板的散热性能进行了对比研究。结果表明,热电分离式铜基板较之热电分离式铝基板仅具备微弱的散热优势,这种优势随着LED的功率增加有所扩大。当LED功率为9 W时,铜基板及铝基板所对应的LED模组热阻分别是3.16℃/W、3.26℃/W;当LED功率为15 W时,铜基板及铝基板所对应的LED模组热阻分别是2.33℃/W、2.46℃/W。

填料型高导热复合材料的研究现状与发展趋势

填料型导热复合材料是LED等半导体在封装及使用过程中一种常见的散热材料,它利用高导热填料填充具有密度小、可加工性能好、成本低廉等优点的高分子聚合物制备而成,对降低半导体器件的结温、增强其综合特性大有裨益。简要概述了近年来填料型导热复合材料的研究现状,并对其发展趋势进行了预测,以期为LED的实际散热需要提供技术参考,进而推动LED产业的发展。

陶瓷复合FR4结构界面形貌与导热性能

基于热电分离式设计理念,将AlN陶瓷片金属化后作为微散热器嵌入FR4材料内形成了复合散热基板。采用电镜扫描、光学显微,通过冷热循环冲击试验对FR4与AlN两相界面处在高低温突变情况下的界面形貌进行了分析。利用ANSYS软件对基板进行了仿真热模拟,研究了AlN嵌入后FR4导热性能的变化规律。利用结温测试仪、功率计和半导体制冷温控台等仪器设备,通过结温测试对比研究了该复合散热结构与金属芯印刷电路板(MCPCB)对大功率LED封装散热效果的影响。结果表明,该复合散热基板在经低温-55℃,高温125℃,1 000个冷热循环后,FR4和AlN界面无剥离现象发生,在环境温度急剧变化的条件下结合力良好。同时,FR4在嵌入AlN之后,导热性能得到了明显改善,且与MCPCB相比,能更有效降低LED芯片结温。