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        “封裝熱導”原理技術探析

        作者: 時間:2013-05-12 來源:網絡 收藏
        將裸晶所釋放出的熱,迅速導到更下層的散熱塊(Heat Slug)上,不過基板與散熱塊間也必須使用熱傳導良好的介接物,如焊料或導熱膏。同時裸晶上方的環氧樹脂或矽樹脂(即是指:封膠層)等也必須有一定的耐熱能力,好因應從p-n接面開始,傳導到裸晶表面的溫度。

          除了強化基板外,另一種作法是覆晶式鑲嵌,將過去位于上方的裸晶電極轉至下方,電極直接與更底部的線箔連通,如此熱也能更快傳導至下方,此種散熱法不僅用在LED上,現今高熱的CPU、GPU也早就采行此道來加速散熱。

          從傳統FR4 PCB到金屬核心的MCPCB

          將熱導到更下層后,就過去而言是直接運用銅箔印刷電路板(Printed Circuit Board;PCB)來散熱,也就是最常見的FR4印刷電路基板,然而隨著LED的發熱愈來愈高,FR4印刷電路基板已逐漸難以消受,理由是其熱傳導率不夠(僅0.36W/m.K)。

          為了改善電路板層面的散熱,因此提出了所謂的金屬核心的印刷電路板(Metal Core PCB;MCPCB),即是將原有的印刷電路板附貼在另外一種熱傳導效果更好的金屬上(如:鋁、銅),以此來強化散熱效果,而這片金屬位在印刷電路板內,所以才稱為「Metal Core」,MCPCB的熱傳導效率就高于傳統FR4 PCB,達1W/m.K2.2W/m.K。

          不過,MCPCB也有些限制,在電路系統運作時不能超過140℃,這個主要是來自介電層(Dielectric Layer,也稱Insulated Layer,絕緣層)的特性限制,此外在制造過程中也不得超過250℃300℃,這在過錫爐時前必須事先了解。

          附注:雖然鋁、銅都是合適的熱導熱金屬,不過礙于成本多半是選擇鋁材質。

          IMS強化MCPCB在絕緣層上的熱傳導

          MCPCB雖然比FR4 PCB散熱效果佳,但MCPCB的介電層卻沒有太好的熱傳導率,大體與FR4 PCB相同,僅0.3W/m.K,成為散熱塊與金屬核心板間的傳導瓶頸。

          為了改善此一情形,有業者提出了IMS(Insulated Metal Substrate,絕緣金屬基板)的改善法,將高分子絕緣層及銅箔電路以環氧方式直接與鋁、銅板接合,然后再將LED配置在絕緣基板上,此絕緣基板的熱傳導率就比較高,達1.12W/m.K,比之前高出37倍的傳導效率。

          更進一步的,若絕緣層依舊被認為是導熱性不佳,也有直接讓LED底部的散熱塊,透過在印刷電路板上的穿孔(Through Hole)作法,使其直接與核心金屬接觸,以此加速散熱。此作法很耐人尋味,因為過去的印刷電路板不是為插件元件焊接而鑿,就是為線路繞徑而鑿,如今卻是為散熱設計而鑿。


          結尾

          除了MCPCB、MCPCB+IMS法之外,也有人提出用陶瓷基板(Ceramic Substrate),或者是所謂的直接銅接合基板(Direct Copper Bonded Substrate,簡稱:DBC),或是金屬復合材料基板。無論是陶瓷基板或直接銅接合基板都有24170W/m.K的高傳導率,其中直接銅接合基板更允許制程溫度、運作溫度達800℃以上,不過這些技術都有待更進一步的成熟觀察。

          “封裝熱導”原理技術探析

          備注:Philips公司的彩色動態式LED照明模塊,四組燈泡內各有一個1W的高亮度、高功率LED,且分別是紅、綠、藍、琥珀等四種顏色,主要用于購物場所的氣氛照明、墻壁色調的改變、建筑物的戶外特效照明等。


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