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从插件LED封装到CSP变革刘朝英,如何管理热量成关键-CNLED网

LED作为封装产品出售,主要原因是LED芯片裸露很容易碎,封装起到保护作用忍者兵,免受损坏。标准化的封装也让厂商在生产线上更容易操作。但是,还有另外一个考虑:LED的效率只有40%左右,这意味着剩余的60%都以热量的形式流出顾汝章。
与任何电子设备一样,太多的热量可以造成严重的损坏,因此需要尽快去除。这就是热量管理之所在。
随着LED在功率上的增加而尺寸却在缩小,热量管理成为LED封装的一个重要方面。固态照明(SSL)行业长期一直在处理高功率LED的热量挑战,但最新的芯片级封装(CSP)又引入了全新的热量设计挑战大内神捕 。
LED封装进化
早期的LED使用通孔封装,将芯片安装在支架上,并用环氧树脂透镜封装。然后将支架的正负极通过印刷电路板(PCB)的通孔焊接。这种类型的封装在LED的早期是普遍存在的,并且现在仍然用于功率指示器的应用。
随着自动化程度的不断提高,制造商需要能够轻松表面贴装的LED,特别是用于电视和显示器的背光应用,这直接导致了引脚式封装(PLCC)LED 的出现,特别是低功率和中功率LED。这些标准化的PLCC LED成为了自己成功的牺牲品,因为制造量太大,造成了供过于求的现象,直到今天还在影响中决战冰河。
因此,LED制造商不得不寻找新市场以出售PLCC LED,特别是新兴的普通照明市场。中功率PLCC LED非常适用于更换灯泡和灯管照明应用,从而有助于降低LED照明的价格(图1)。由于LED厂商大量推出LED,加上禁止诸如白炽灯等低效技术的新规定,为LED照明走向主流创造了完美的环境。
图1 中等功率的LED在普通照明市场大受欢迎
大功率LED
随着市场的发展,对更小、更高功率器件的要求也在增加,比如汽车前照灯和聚光灯等应用。这又给LED制造商带来了新的挑战:如何让LED芯片足够冷,可以有效地运行?PLCC的设计并不具有足够的导热性,而通孔设计能有效地导热,但是它们不能表面贴装,因此缺乏可扩展性。
行业于是转向将LED芯片用密封剂覆盖,安装在导热但需要电隔离的基板上。这些基板由氧化铝(Al?O?)或氮化铝(AlN)制成,并提供所需的散热能力,同时保证容易表面贴装。这些大功率LED(HP LED)提供了完美的解决方案,但是有一个明显的缺点:成本,因为AlN的成本则尤其高。
行业所面临的困境是如何降低中高功率LED的成本,同时不影响标准化封装的热量要求和SMT优势。
从陶瓷封装LED到CSP
一段时间之前,一般半导体行业通过切换到芯片级封装技术来处理类似的挑战。为了制造CSP LED莲池赞,倒装芯片结构基座的p和n节点需金属化处理,顶部和侧面用磷光体覆盖李婷宜。图2描绘了不同的LED架构。
CSP成品必须不能超过芯片本身的20%以上,才能作为CSP(下一级是晶圆级封装,WLP欧科佳,其封装必须与芯片尺寸相同)。显然,传统的中高功率LED的元件必须要去除,以便缩小到CSP LED。杨肸子对于HP LED,陶瓷基板和透镜必须要去除,而对于PLCC,整个芯片的外壳要去除。

图2 中功率LED、大功率LED和CSP LED
的结构有很大差异
对于中功率PLCC LED来说,失去芯片的外壳并不是问题,由于这个原因,中功率CSP已经在背光应用中高效运行了多年。
2015年,Lumileds推出了一款白色CSP亚历珊德拉·达达里奥,开始将该技术推向普通照明应用。三星、首尔半导体和日亚化学等制造商相继推出不同的版本,竞争激烈,它们将预示着市场将如何发展。
三星推出4×4或更多的CSP阵列,首尔半导体选择了晶圆级集成芯片直接安装在PCB上(WICOP),而日亚则将其CSP定义为直接安装芯片(DMC),并且只能顶面发光,减少串扰。这些不同的方法有助于形成一个非常动态的市场。行业人士估计,到2020年将占到所有HP LED的34%。这些产品开始在各种应用中使用,包括路灯(图3)。

图3 CSP LED正用于户外照明应用,比如路灯
CSP的机遇和挑战
除了更小之外,CSP生产成本更低。CSP仍然能够通过标准表面贴装技术(SMT)PCB组装线,因此该产品可以直接替代PLCC和陶瓷HP LED。这不仅仅是成本,也是能力。
为了表面贴装裸露的LED芯片,需要半导体无尘室车间,而CSP LED可以沿着标准的PCB装配线。灵活性将CSP LED的优点推向整个二级制造基地伍晃荣,并为标准封装LED提供了经济高效的替代方案唐悠悠扮演者。
CSP这么小,好处是可以将它们排的非常靠近,可以创建极其强大的模块。缺点是这样密集的组合望谟三月三,加上大功率LED和缺乏散热陶瓷层,会产生大量的热量。热量挑战现在由二级集成商处理,唯一的选择是将CSP LED安装到具有更好热量性能的PCB上。
亟需新的热量处理方式
LED行业为大多数银龙马具模块和阵列使用高效金属包覆的PCB(MCPCB)。MCPCB通常由约1.5mm厚的铝片(偶尔为铜)构成,用电介质环氧树脂贴在薄铜片(通常为30m左右)上。该环氧树脂填充有导热材料如AlN的粒子,以增加其热性能而不影响材料的电绝缘性能。
最好的情况下,这种制造MCPCB的方法会达到大约100 W/mK的导热率(通常要少得多)。虽然这种性能对于大多数LED模块是完全可以接受的,但是导热的方式对CSP却是挑战。CSP是一个点热源,尺寸小和高温意味着它们可以快速使任何不具有所需导热性的基板饱和,从而使LED容易过热。
不能提供足够导热性和LED芯片过热的代价是降低使用寿命、降低可靠性、降低光质,最终导致灾难性故障。因而亟待提出一个板级热管理的解决方案九点领导力 ,既可以处理CSP的热分布,又不会增加太多的成本,同时保持可生产性及使用标准PCB装配线的能力。
一种替代方法是使用电化学氧化(ECO)技术。例如基辛格简历 ,Cambridge Nanotherm将铝的表面转化为导热的、但电隔离的陶瓷层。由于这种Al?O?层具有高电绝缘性,所以只需要几十微米厚,就能提供足够的介电强度以满足大多数要求。这种组合使得纳米陶瓷具有非常高的导热性。
Nanotherm LC用薄层环氧树脂附在铜电路层上左溢身高,导热系数为115 W/mK董建昌,是功率密集的CSP LED模块和阵列的理想选择剑玉。
虽然CSPLED在行业中持续受到关注,但由于热量因素,其发展必然会受到限制,除非行业能找到新型的热量管理办法。考虑到通过CSPLED能实现差异化和成本节约,前景无限,毫无疑问,行业将会找到适当的创新解决方案。在这方面,纳米陶瓷正处于领先。
■编译/CNLED网 James

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本文来源:朱青阳

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