LED行業(yè)封裝熱點(diǎn)之COB散熱技術(shù)
2013-10-10 14:59:54 來(lái)源：http://ic.big-bit.com/ 點(diǎn)擊：1401
所謂$COB封裝(ChiponBoard)，是指LED芯片直接在基板上進(jìn)行綁定封裝。也就是指將N顆$LED芯片綁定在金屬基板或陶瓷基板上，成為一個(gè)新的LED光源模組。通常是按電源設(shè)計(jì)要求，用多顆小芯片配置在一起，組成一個(gè)大功率的光源模組，再配合二次透鏡和散熱外殼的設(shè)計(jì)，來(lái)開發(fā)電源效率高、散熱性能好、造價(jià)成本低的照明設(shè)備。
眾所周知，由于芯片結(jié)溫的高低直接影響到$LED出光效率、色度漂移和器件壽命等參數(shù)，如何提高封裝器件散熱能力、降低芯片溫度成為$COB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。針對(duì)大功率COBLED的封裝散熱難題，通常通過(guò)多顆LED芯片合理的排列，選擇合適的基板可以得到有效的解決。本文主要是針對(duì)元暉光電開發(fā)的電源相對(duì)應(yīng)的COB模組進(jìn)行熱分析。探討了LED芯片排列，陶瓷基板(Al2O3基板，AlN基板)及金屬基板(鋁基板，銅基板)對(duì)芯片溫度的影響。
元暉光電所開發(fā)的動(dòng)態(tài)控制開關(guān)重新組合LED串接方式的電源，把88顆芯片分為3串(LED1，LED2，LED3)，如圖1。
其中LED1中有59顆，功耗為76.4%;LED2中有15顆，功耗為14.8%;LED3中有14顆，功耗為8.7%.假設(shè)88顆芯片的總功耗為7.4W，那么可以計(jì)算出這3串芯片的每顆芯片的功耗如表1所示。可以看到，在LED1中，每顆芯片的功耗為：0.0958W;在LED2中每顆芯片的功耗為：0.0732W;在LED3中每顆芯片的功耗為：0.0462W.顯然，這三串的芯片的單顆功耗不是均等的，LED1中的芯片單顆功耗是LED3中的兩倍。這樣可能會(huì)引起芯片的結(jié)溫不同，從而導(dǎo)致壽命不同。下面我們通過(guò)模擬來(lái)分析如何減小這種由于芯片單顆功耗分配不均所引起的溫度差異。
從圖1可以看出，88顆芯片要用一條線串起來(lái)，同時(shí)還要有4根線連到芯片排列組合的外圍，用來(lái)配合$電源連接。這里假設(shè)陶瓷基板構(gòu)成(結(jié)構(gòu)參見圖2)：陶瓷基材的尺寸為10mmx10mmx0.5mm(其中，中心5mmx5mm為芯片所占區(qū)域，周邊2.5mm寬度的區(qū)域是為安置4個(gè)焊盤所需)。上面有一層銅(厚度為30um);金屬基板的構(gòu)成(結(jié)構(gòu)參見圖3)：基材尺寸為10mmx10mmx1mm，絕緣層厚度為75um，銅層厚度為35um，所用的芯片為CREE的DA3547。
我們先按常規(guī)方法排列芯片，如圖4所示，LED1中的59顆高功耗芯片用紅色表示，LED2中的15顆芯片用綠色表示，LED3中的14顆低功耗的芯片用藍(lán)色表示。然后把這個(gè)COB基板固定在一塊鋁板(厚度1.2mm，直徑50mm)，這個(gè)鋁板主要用于代替球泡燈的散熱外殼(圖5.)，我們假設(shè)鋁板的邊緣溫度63.8攝氏度(相當(dāng)于球泡燈的外殼溫度)，同時(shí)假設(shè)鋁板對(duì)應(yīng)芯片所在的表面及芯片的外表面對(duì)外的熱交換系數(shù)為5W/C.m2，環(huán)境溫度為25oC，其他表面絕熱。芯片的熱功耗參數(shù)參見表1.那么我們先使用SolidWorksSimulation進(jìn)行模擬，計(jì)算一下在Al2O3基板上，這種常規(guī)排列的芯片的溫度分布如何?從圖6可以看到，芯片的最高溫度為88.5oC(在LED1串中)，最低溫度為75oC(在LED3串中)，這樣在這組$COB基板上的不同芯片之間就存在13.5oC的溫差，這將導(dǎo)致他們的壽命不同。
我們從溫度分布圖(圖6)可以想到一種更合理的芯片排列圖，就是把LED1串中高功耗的芯片盡量排在溫度低外圈，LED3串低功耗的芯片排在溫度高的內(nèi)圈，同時(shí)要考慮芯片排列要滿足圖1電源設(shè)計(jì)的要求，因此我們有了如圖7所示的更合理排列。同樣，我們計(jì)算了在Al2O3基板上，這種排列的溫度分布(圖8.)，結(jié)果表明：芯片的最高溫度為83.3oC(在LED1串中)，最低溫度為74.9oC(在LED3串中)，所以這組COB基板上的不同芯片之間就存在8.4度的溫差，比常規(guī)排列降低了5°。
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本文介紹了隨著小間隔LED市場(chǎng)發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)日趨猛烈，對(duì)技術(shù)的需求越來(lái)越高，COB封裝技術(shù)的出現(xiàn)如同是led技術(shù)匯總一顆奪目的新秀。具有的多種優(yōu)勢(shì)，讓led顯示屏廠商看到了機(jī)遇。
LED COB(Chip On Board)封裝是指將LED芯片直接固定在印刷線路板(PCB)上，芯片與線路板間通過(guò)引線鍵合進(jìn)行電氣連接的LED封裝技術(shù)。其可以在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)封裝幾十甚至上百個(gè)芯片，最后形成面光源。
雖然從技術(shù)角度LED芯片理論壽命可達(dá)100000H，但由于封裝、驅(qū)動(dòng)、散熱等技術(shù)的影響，應(yīng)用到普通照明類的光源或燈具壽命也只能達(dá)到30000H，甚至市場(chǎng)上也存在很多用不到半年就會(huì)出問(wèn)題的產(chǎn)品。如何提高LED照明產(chǎn)品可靠性問(wèn)題也一直是企業(yè)需要解決的問(wèn)題。
什么是COB？其全稱是chip-on-board，即板上芯片封裝，是一種區(qū)別于SMD表貼封裝技術(shù)的新型封裝方式，具體是將LED裸芯片用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠粘附在PCB上，然后進(jìn)行引線鍵合實(shí)現(xiàn)其電氣連接，并用膠把芯片和鍵合引線包封。
LED業(yè)內(nèi)工程師總結(jié)了LED板上芯片(Chip On Board,COB)封裝流程，現(xiàn)在分享給大家。
臺(tái)灣LED廠隆達(dá)推出新款COB封裝產(chǎn)品「Core」，該產(chǎn)品以即插即用的設(shè)計(jì)概念，將機(jī)構(gòu)整合于COB集成式封裝內(nèi)，可多顆串接，進(jìn)而降低組裝成本。
在芯片環(huán)節(jié)，中國(guó)LED芯片領(lǐng)域市場(chǎng)已達(dá)到較高的市場(chǎng)集中度，從產(chǎn)能分布來(lái)看，2018年國(guó)內(nèi)前五名LED芯片廠商占據(jù)了超過(guò)70%的市場(chǎng)份額，預(yù)計(jì)未來(lái)一兩年行業(yè)集中度將進(jìn)一步提高，前五名市場(chǎng)份額將達(dá)80%。
王婷(Wang Ting)表示，由于中國(guó)制造的MOCVD機(jī)器數(shù)量龐大，加上地方政府補(bǔ)貼的幫助，中國(guó)的發(fā)光二極管芯片產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致發(fā)光二極管芯片價(jià)格陷入惡性競(jìng)爭(zhēng)。尤其是在照明用led芯片市場(chǎng)，制造商幾乎很難盈利。
24日，臺(tái)灣LED芯片龍頭企業(yè)晶電宣布集團(tuán)運(yùn)營(yíng)策略發(fā)生改變，將根據(jù)業(yè)務(wù)情況分拆為3家公司，晶電總經(jīng)理周銘俊表示，預(yù)計(jì)年底前完成分拆重組任務(wù)。這是晶電成立21年以來(lái)，首次提出分拆計(jì)劃。晶電2.0時(shí)代晶電董事長(zhǎng)李秉杰表示，目前分拆公司的...
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