圖1為目前高功率LED封裝使用的結(jié)構(gòu),，LED芯片會先封裝在導(dǎo)熱基板上,，再打金線及封膠,，這LED封裝結(jié)構(gòu)體具備輕巧,，高熱導(dǎo)及電路簡單等優(yōu)點,，可應(yīng)用在戶外及室內(nèi)照明?；宓倪x擇中,，氧化鋁(Al2O3)及硅(Si)都是目前市面上已在應(yīng)用的材料，其中氧化鋁基板因是絕緣體,，必須有傳導(dǎo)熱設(shè)計,，藉由電鍍增厚銅層達(dá)75um；而硅是優(yōu)良導(dǎo)熱體,，但絕緣性不良,，必須在表面做絕緣處理。
圖1 LED封裝結(jié)構(gòu)
氧化鋁基板及硅基板目前皆已應(yīng)用于高功率LED的封裝,，由于LED發(fā)光效率仍有待提升,，熱仍是使用LED燈具上必須解決的重要問題，因此LED導(dǎo)熱功能必須仔細(xì)分析,。要分析導(dǎo)熱功能必須使用熱阻儀來量測,，以下的分析將細(xì)分LED封裝體結(jié)構(gòu)，包括芯片層,，接合層及基板層,，來分析每層熱阻，分析工具則是目前世界公認(rèn)最精確的T3Ster儀器,。
本文將簡單解析氧化鋁基板及硅基LED板封裝在熱阻的表現(xiàn)(T3Ster儀器實測),，其中專有名詞定義如下：
Rth：熱阻,，單位是(℃/W)，公式為T/KA,；
T：導(dǎo)熱基板的厚度(um),；
K：導(dǎo)熱基板的導(dǎo)熱系數(shù)(W/mC)；
A：導(dǎo)熱面積(mmxmm),。
圖1為目前高功率LED封裝使用的結(jié)構(gòu),，LED芯片會先封裝在導(dǎo)熱基板上，再打金線及封膠,，這LED封裝結(jié)構(gòu)體具備輕巧,，高熱導(dǎo)及電路簡單等優(yōu)點，可應(yīng)用在戶外及室內(nèi)照明,?；宓倪x擇中，氧化鋁(Al2O3)及硅(Si)都是目前市面上已在應(yīng)用的材料,，其中氧化鋁基板因是絕緣體,，必須有傳導(dǎo)熱設(shè)計，藉由電鍍增厚銅層達(dá)75um,；而硅是優(yōu)良導(dǎo)熱體,，但絕緣性不良，必須在表面做絕緣處理,。
圖1 LED封裝結(jié)構(gòu)
氧化鋁基板及硅基板目前皆已應(yīng)用于高功率LED的封裝,，由于LED發(fā)光效率仍有待提升，熱仍是使用LED燈具上必須解決的重要問題,，因此LED導(dǎo)熱功能必須仔細(xì)分析,。要分析導(dǎo)熱功能必須使用熱阻儀來量測，以下的分析將細(xì)分LED封裝體結(jié)構(gòu),，包括芯片層,，接合層及基板層，來分析每層熱阻,，分析工具則是目前世界公認(rèn)最精確的T3Ster儀器,。
本文將簡單解析氧化鋁基板及硅基LED板封裝在熱阻的表現(xiàn)(T3Ster儀器實測)，其中專有名詞定義如下：
Rth：熱阻,，單位是(℃/W),，公式為T/KA；
T：導(dǎo)熱基板的厚度(um),；
K：導(dǎo)熱基板的導(dǎo)熱系數(shù)(W/mC),；
A：導(dǎo)熱面積(mmxmm)。
圖2 E公司氧化鋁基板的LED封裝熱阻分析
將氧化鋁應(yīng)用在LED封裝主要是因為氧化鋁材料高絕緣性及可制作輕小的組件,，然而,，氧化鋁基板應(yīng)用在電子組件,，會因為氧化鋁材料導(dǎo)熱系數(shù)低(約20K/W)，造成高熱阻,。圖2為T3Ster熱阻儀測試E公司氧化鋁基板封裝LED(LEDarea:1x1mm;LEDemitter:3.15x3.5mm))的結(jié)果,，在25℃環(huán)境溫度下測試時，各封裝層的熱阻如下：
1.Chip：2℃/W
2.Bondinglayer：3℃/W
3.氧化鋁基板：20℃/W(高熱阻,基板制作不佳)
當(dāng)175mA小電流通入在1x1mm2的LED芯片上,，氧化鋁基板因熱阻的溫升為10.5℃(=20x175mAx3.0V),熱不易傳導(dǎo)出LED芯片,；當(dāng)350mA電流通入在1x1mm2的LED芯片上，氧化鋁基板因熱阻的溫升為23℃(=20x350mAx3.3V),，此時氧化鋁基板會無法將熱傳導(dǎo)出LED芯片,，LED芯片會產(chǎn)生大量光衰;而當(dāng)500mA大電流通入在1x1mm2的LED芯片上時，氧化鋁基板因熱阻的溫升大約為36℃(20x(500Ax3.6V),，此時氧化鋁基板也會無法將熱傳導(dǎo)出LED芯片,，LED芯片會快速光衰。因此,，LED芯片封裝若選擇氧化鋁基板,，因其熱阻高，封裝組件只適合使用在低功率(~175mA,，約0.5W),。
圖3 R公司氧化鋁基板的LED封裝熱阻分析
圖3為T3Ster熱阻儀測試氧化鋁基板封裝LED(LEDarea:1x1mm;LEDemitter:3.15x3.5mm))的結(jié)果,，在25℃環(huán)境溫度下測試時,，各封裝層的熱阻如下：
1.Chip：2℃/W
2.Bondinglayer：1.5℃/W
3.氧化鋁基板：4.7℃/W(氧化鋁基板厚度:400um,銅層厚度75um)
當(dāng)175mA小電流通入下，其基板因熱阻溫升為4.7℃;當(dāng)電流來到350mA,，基板溫升為6.9℃,，當(dāng)500mA電流通入時，基板溫升大約為8.1℃,及當(dāng)700mA大電流通入下,，基板因熱阻溫升大約為11℃,。
當(dāng)氧化鋁基板溫升大于8℃,此時氧化鋁基板會不易將熱傳導(dǎo)出LED芯片，LED芯片會快速光衰,。LED芯片封裝在氧化鋁基板,，封裝組件只適合始使用功率(~350mA，約1watt),。
應(yīng)用以硅為導(dǎo)熱基板的LED封裝,，如圖4所示，在3.37x3.37mxm2的小尺寸面積上,，具有快速導(dǎo)熱的性能,，可大幅解決因為使用氧化鋁造成的高熱阻問題。以精密的量測熱阻設(shè)備(T3Ster)量測到的熱阻值,，在25℃環(huán)境溫度下測試時,，各封裝層的熱阻如下：
1.Chip：1℃/W
2.Bondinglayer：1.5℃/W
3.Sisubstrate：2.5℃/W
圖4 VisEra硅基板LED封裝熱阻分析
當(dāng)大電流(700mA)通入在1x1mm2的LED芯片上,，硅基板因熱阻的溫升為6.3℃(=2.5x700mAx3.6V)，硅基板會快速將熱傳導(dǎo)出LED芯片,，LED芯片只會有小量光衰,。硅藉由優(yōu)良導(dǎo)熱性能將熱傳導(dǎo)出LED芯片，LED芯片會只會有小許光衰,。因此,，LED芯片封裝在硅基板上適合于大功率使用(~700mA，約3W),。因為硅基板制作及LED封裝在硅基板,，技術(shù)難度非常高，目前只有少許公司具備,。硅作為LED集成封裝基板材料的熱阻低于氧化鋁基板材料,，應(yīng)用于大功率時，硅基板為好的選擇,。
總體LED封裝熱阻經(jīng)T3Ster實測結(jié)果比較如下：
LEDSi封裝：VisEra：5℃/W
LED氧化鋁,，E公司：25℃/W
LED氧化鋁封裝，R公司：8.2℃/W