高功率白光LED芯片的散热问题(2)

封装材料和萤光材料的重要性增加

但如果期望用来作为LCD TV背光应用的话，那麽需要克服的问题就会更多了，因为LCD TV的连续使用时间都是长达数个小时，甚至10几个小时，所以，由于这样长时间的使用情况下，拿来作为背光的白光LED就必须拥有不会因为连续使用而产生亮度衰减的情况。

目前已发表的高功率的白光LED,它的发光功率是一个低功率白光LED亮度的数十倍，所以期望利用高功率白光LED来代替萤光灯作为照明设备的话，有一个必须克服的困难就是亮度递减的情况。

例如，白光LED长时间连续使用1W的电力情况下，会造成连续使用后半段时间的亮度逐渐降低的现象，当然，不是只有高功率白光LED才会出现这样的情况，低功率白光LED也会存在这样的问题，只不过是因为，低功率白光因为应用的产品不同，所以，并不会因此特别突显出这样的困扰。

使用的电流愈大，当然所获得的亮度就愈高，这是一般对于LED能够达到高亮度的观念，不过，因为所使用的电流增加，因此所带来的缺点是，封装材料是否能够承受这样的长时间的因为电流所产生的热，也因为这样的连续使用，往往封装材料的热抵抗会降到10k/w以下。

高功率LED的发热量是低功率LED的数十倍，因此，会出现随着温度上升，而出现发光功率降低的问题，所以在能够抗热性高封装材料的开发上，就相对显的非常重要。

或许在20~30lm/W以下的LED,这些问题都不存在，但是，一旦面临60lm/w以上的高发光功率LED的时候，就不得不需要想办法解决的，因为，热效应所带来的影响，绝对不会仅仅只有LED本身，而是会对整体应用产品带来困扰，所以，LED如果能够在这一方面获得解决的话，那麽，也可以减轻应用产品本身的散热负担。

因此，在面对不断提高电流情况的同时，如何增加抗热能力，也是现阶段的急待被克服的问题，从各方面来看，除了材料本身的问题外，还包括从晶片到封装材料间的抗热性、导热结构、封装材料到PCB板间的抗热性、导热结构，及PCB板的散热结构等，这些都需要作整体性的考量。

例如，即使能够解决从晶片到封装材料间的抗热性，但因从封装到PCB板的散热效果不好的话，同样也是造成LED晶片温度的上升，出现发光效率下降的现象。所以，就像是松下就为了解决这样的问题，从2005年开始，便把包括圆形，线形，面型的白光LED,与PCB基板设计成一体，来克服可能因为出现在从封装到PCB板间散热中断的问题。

不过，并非所有的业者都像松下一样，把封装材料到PCB板间的抗热性都做了考量，因为各业者的策略关系，有的业者以基板设计的简便为目标，只针对PCB板的散热结构进行改良。

有相当多的业者，因为本身不生产LED的关系，所以只能在PCB板做一些研发，但仅此于止还是不够的，所以需要选择散热性良好的白光LED.能让PCB板上的用金属材料，能与白光LED封装中的散热槽紧密连接，完成让具有散热槽设计的高功率白光LED与PCB板连接，达到散热的能力。

不过，这样看起来好像只是因为期望达到散热，而把简单的一件事情予以复杂化，到底这样是不是符合成本和进步的概念，以今天的应用层面来说，很难做一个判断，不过，实际上是有一些业者正朝向这方面做考量，例如Citizen在2004年所发表的产品，就是能够从封装上厚度为2~3mm的散热槽向外散热，提供应用业者能够因为使用了具有散热槽的高功率白光LED,能让PCB板的散热设计得以发挥。

封装材料的改变 提高白光LED寿命达原先的4倍

当然发热的问题不是只会对亮度表现带来影响，同时也会对LED本身的寿命出现挑战，所以在这一部份，LED不断的开发出封装材料来因应，持续提高中的LED亮度所产生的影响。

过去用来作为封装材料的环氧树脂，耐热性比较差，可能会出现的情况是，在LED晶片本身的寿命到达前，环氧树脂就已经出现变色的情况，因此，为了提高散热性，而必须让更多的电流获得释放，这一个架构这是相当的重要。

除此之外，不仅因为热现象会对环氧树脂产生影样，甚至短波长也会对环氧树脂造成一些问题，这是因为白光LED 发光光谱中，也包含了短波长的光线，而环氧树脂却相当容易被白光LED中的短波长光线破坏，即使低功率的白光LED就已经会让造成环氧树脂的破坏，更何况高功率的白光LED所含的短波长的光线更多，那麽恶化自然也加速，甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命不到5,000小时。

所以，与其不断的克服因为旧有封装材料-环氧树脂所带来的变色困扰，不如朝向开发新一代的封装材料，或许是不错的选择。目前在解决寿命这一方面的问题，许多LED封装业者都朝向放弃环氧树脂，而改采了硅树脂和陶瓷等作为封装的材料，根据统计，因为改变了封装材料，事实上可以提高LED的寿命。

就资料上来看，代替环氧树脂的封装材料-硅树脂，就具有较高的耐热性，根据试验，即使是在摄氏150~180度的高温，也不会变色的现象，看起来似乎是一个不错的封装材料。

因为硅树脂能够分散蓝色和近紫外光，所以与环氧树脂相比，硅树脂可以抑制材料因为电流和短波长光线所带来的劣化现象，而缓和的光穿透率下降的速度。

所以，以目前的应用来看，几乎所有的高功率白光LED产品都已经改采硅树脂作为封装的材料，例如，因为短波长的光线所带来的影响部分，相对于波长400~450nm的光，环氧树脂约在个位的数。