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LED與LED背光源的散熱問題
2012-07-28
隨著LED材料及封裝技術(shù)的不斷演進，促使LED產(chǎn)品亮度不斷提高，LED的應(yīng)用越來越廣，以LED作為顯示器的背光源，更是近來熱門的話題，主要是不同種類的LED背光源技術(shù)分別在色彩、亮度、壽命、耗電度及環(huán)保訴求等均比傳統(tǒng)冷陰極管（CCFL）更具優(yōu)勢，因而吸引業(yè)者積極投入。
最初的單芯片LED的功率不高，發(fā)熱量有限，熱的問題不大，因此其封裝方式相對簡單。但近年隨著LED材料技術(shù)的不斷突破，LED的封裝技術(shù)也隨之改變，從早期單芯片的炮彈型封裝逐漸發(fā)展成扁平化、大面積式的多芯片封裝模組；其工作電流由早期20mA左右的低功率LED，進展到目前的1/3至1A左右的高功率LED，單顆LED的輸入功率高達1W以上，甚至到3W、5W封裝方式更進化。
由于高亮度高功率LED系統(tǒng)所衍生的熱問題將是影響產(chǎn)品功能優(yōu)劣關(guān)鍵，要將LED元件的發(fā)熱量迅速排出至周遭環(huán)境，首先必須從封裝層級（L1& L2）的熱管理著手。目前業(yè)界的作法是將LED芯片以焊料或?qū)岣嘟又谝痪鶡崞希?jīng)由均熱片降低封裝模組的熱阻抗，這也是目前市面上最常見的LED封裝模組，主要來源有Lumileds、OSRAM、Cree 和Nicha等LED國際知名廠商。
許多終端的應(yīng)用產(chǎn)品，如迷你型投影機、車用及照明用燈源，在特定面積下所需的流明量需超過上千流明或上萬流明，單靠單芯片封裝模組顯然不足以應(yīng)付，走向多芯片LED封裝，及芯片直接黏著基板已是未來發(fā)展趨勢。
散熱問題是在LED開發(fā)用作照明物體的主要障礙，采用陶瓷或散熱管是一個有效防止過熱的方法，但散熱管理解決方案使材料的成本上升，高功率LED散熱管理設(shè)計的目的是有效地降低芯片散熱到最終產(chǎn)品之間的熱阻，R junction-to-case是其中一種采用材料的解決方案，提供低熱阻但高傳導(dǎo)性，通過芯片附著或熱金屬方法來使熱直接從芯片傳送到封裝外殼的外面。
當(dāng)然，LED的散熱組件與CPU散熱相似，都是由散熱片、熱管、風(fēng)扇及熱介面材料所組成的氣冷模組為主，當(dāng)然水冷也是熱對策之一。以當(dāng)前最熱門的大尺寸LED TV背光模組而言，40英寸及46英寸的LED背光源輸入功率分別為470W及550W，以其中的80%轉(zhuǎn)成熱來看，所需的散熱量約在360W及440W左右。
那麼該如何將這些熱量帶走？目前業(yè)界有用水冷方式進行冷卻，但有高單價及可靠度等疑慮；也有用熱管配合散熱片及風(fēng)扇來進行冷卻，比方說日本大廠SONY的 46吋LED背光源液晶電視，但風(fēng)扇耗電及噪音等問題還是存在。因此，如何設(shè)計無風(fēng)扇的散熱方式，可能會是決定未來誰能勝出的重要關(guān)鍵。
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