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LEDアルミニウム合金ヒートシンク技術

LED Alベースボード
導かれたアルミニウム基板の熱伝導率は、アルミニウム基板の中央の絶縁層(通常は熱接着剤などを使用するPP)に関連している。 アルミニウム基板の品質を測定するための3つの基準の1つです(耐熱性と耐圧性の2つの特性です)。 プレートを一緒にプレスした後、Al基板の熱伝導率を試験装置で測定することができる。 現在のところ、高い熱伝導率は一般にセラミック、銅などである。 しかし、コストの問題から、市場の現在の主流は電子アルミニウム基板であり、対応するアルミニウム基板の熱伝導率は誰もが気にかけるパラメータである。 熱伝導率が高いほど、性能は良好である。
1.表面実装技術(SMT);フィルムリングアルミニウム基板
2.回路設計において極めて効率的な熱拡散処理を行う。
3.製品の動作温度を下げ、製品の電力密度と信頼性を高め、製品寿命を延ばす。
4.製品の数量を減らし、ハードウェアおよびアセンブリのコストを削減します。
5.より良い機械的耐久性のために脆いセラミック基板を交換する。
LEDアルミニウム基板製品は、通信、電力、電子機器、医療機器、機械機器、照明などの分野で広く使用されています。 世界の環境意識の継続的な向上に伴い、省エネルギーと消費の削減が現在の傾向となっている。 近年、LED産業は最も注目されている産業の一つです。 その開発以来、LED製品は、省エネルギー、省エネルギー、効率的、迅速な応答時間、長寿命サイクル、水銀フリー、環境に優しいものとなっています。 しかし、典型的には、LED高出力製品の入力電力の約20%が光に変換され、残りの電力の80%が熱エネルギーに変換される。

一般に、LEDによって発生した熱が照射されたときに消散しない場合、LEDの接合部温度が高すぎるため、製品のライフサイクル、発光効率および安定性に影響します。 LEDジャンクション温度と発光効率と寿命の間の関係は、以下の関係を用いてさらに説明される。
図1に示すように、LED冷却方法は異なるパッケージング技術に基づいており、冷却方法も異なります。 しかしながら、LED冷却方法は以下のように近似することができる。


ホットパスの説明:

(1). 空冷

(2). 熱エネルギーはシステムボードから直接得られます

(3). 金線による出力エネルギー

(4). 共晶及びフリップチッププロセスが使用される場合、熱エネルギーは基板のビアを介してシステムに伝達される。
典型的には、LEDダイは、金ワイヤーボンディング、共晶ボンディング、またはフリップチップボンディングによって基板に接合されて、LEDチップを形成し、次いでLEDチップがシステムの回路基板上に取り付けられる。 したがって、LEDは、空気から、またはLEDダイ基板を介してシステムボードに、次いで大気に直接放熱することによって冷却することができる。 システム基板から大気への放熱の割合は、照明器具またはシステム全体の設計に依存します。
しかし、この段階では、システム全体の熱的なボトルネックは、主に、LEDダイからその基板へのシステム基板への熱伝導です。
このセクションで考えられる冷却経路:1つは、チップ基板の熱をシステム基板に直接放散することです。 この放熱方法では、LEDダイ基板材料の放熱能力は非常に重要なパラメータである。 一方、LEDによって発生した熱は、電極ワイヤを介してシステムボードにも伝達される。 一般に、金ワイヤー法を用いた電極接合の下では、ワイヤー自体の比較的細長い幾何学的形状によって放熱が制限され、その結果、共晶またはフリップチップ接合法が近年登場している。 この設計は、ワイヤの長さを著しく減少させ、ワイヤの断面積を著しく増加させる。 その結果、LED電極ラインからシステムボードへの放熱効率が効果的に向上する。

上述の放熱経路の説明を通して、放熱基板材料の選択およびLEDダイのパッケージング方法は、LED放熱管理において非常に重要な位置を占めることが分かる。 次のセクションでは、LEDヒートシンク基板の概要を説明します。


LEDダイ基板
2、LEDヒートシンク基板
LEDヒートシンク基板は、主にヒートシンク基板材料自体を使用してより良い熱伝導率を有し、熱源はLEDダイから取り出される。 したがって、LED放熱方法の説明から、LED放熱基板は、LEDダイ基板とシステム回路基板の2つのカテゴリに細分することができる。 2つの異なるヒートシンク基板は、それぞれ、LEDダイおよびLEDチップによって生成された熱エネルギーを、それらがLEDダイから照射されるときに受け取る。 基板は、LEDモールドによってシステム基板に冷却され、大気環境に吸収されて放熱効果を達成する。


2.1システムの回路基板
システムボードは、主にヒートシンク、エンクロージャ、または大気に熱を伝導するLED冷却システムとして主に使用されます。 近年、プリント回路基板(PCB)の製造技術は非常に複雑になってきている。 初期のLED製品のシステムボードは、主にPCBでした。 しかし、高出力LEDの需要が増加するにつれて、PCB材料の放熱能力は限られており、使用できなくなっています。 その高出力製品は、最近、高出力LEDの熱放散を改善するために、高熱伝導性アルミニウム基板(MCPCB)を開発した。 より良い放熱特性を有する金属材料の使用は、高出力製品のための熱放散の目的を達成した。 しかし、LEDの輝度と性能の要求が進化し続けるにつれて、システムボードはLEDチップによって発生した熱を大気に効果的に加熱することができるが、LEDチップによって生成された熱エネルギーはチップからシステムボードに効率的に伝達されない。 言い換えれば、LED電力がより効果的に増加すると、LED全体の熱ボトルネックがLEDダイのヒートシンク基板に現れます。


2.2 LEDダイ基板
LEDダイとシステムボードとの間の熱エネルギーに基づいて、ワイヤボンディングによって、共晶またはフリップチップボンディングプロセスがLEDダイと組み合わされる。 熱的考察に基づいて、LEDモールド製品の現在の市場は、すべてセラミック基板です。
経路の作成方法は、大きく分けて、
従来の高出力LEDデバイスでは、厚膜または低温同時焼成セラミック基板が結晶のヒートシンク基板として最も一般的に使用されている。金型およびLEDダイは、金ワイヤーによってセラミック基板に接合されている。
AlN基板
冒頭で説明したように、この金線接続は電極接点に沿った熱放散を制限します。 そのため、近年、国内外の大手メーカーがこの問題を解決するために努力しています。 2つの解決策がある:1つは、タンタル基板、炭化タンタル基板、陽極酸化アルミニウム基板または窒化アルミニウム基板を含む、アルミナの代わりに高い放熱係数を有する基板材料を見つけることである。
これらの中で、ゲルマニウムおよび炭化ケイ素基板の材料および半導体特性は、この段階で、それらに深刻な課題に直面している。 陽極酸化層の強度が不十分であるため、陽極酸化されたアルミニウム基板が破損しやすく、実用上の限界がある。 従って、この段階では、ヒートシンク基板として窒化アルミニウムを使用することは成熟しており、一般的に受け入れられているが、従来の厚膜プロセス(銀ペースト印刷後、材料は850でなければならない) ℃での大気中熱処理は、材料の信頼性の問題を引き起こす)。 そのため、窒化アルミニウム基板回路を薄膜プロセスで作製する必要がある。


薄膜プロセスによって製造された窒化アルミニウム基板は、LEDダイから基板材料を介してシステムボードまでの熱性能を大幅に加速する。 したがって、LEDダイのシステムボード上への金属ワイヤによる負担は、熱を大幅に低減し、それによって高い放熱効果を達成する。
 
    LEDアルミニウム基板製品は、商業照明、屋内照明など、業界全体の照明製品をカバーしています。 全体的な状況から、LEDアルミニウム基板は今後数年間で急速に発展し、輸出量は順調に伸びるが、輸出の伸び率は低下する。 経済の継続的な発展により、国内販売は急速な成長期を迎えました。

しかし、過去5年間の中国のLEDアルミニウム基板産業の発展はまた、激しい競争を引き起こした。 LED照明関連技術と放熱性能により、国内のLED市場は徐々に発展しており、ほとんどのLED照明は輸出に使用されています。 この点に関して、LEDアルミニウム基板は、空間および時間のために絶えず開発されている。 国の強い指導の下で、LEDアルミニウム基板技術はますます完璧になり、国内需要は増加するでしょう。
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