浅析BQ-6886系列大功率LED导热导电银胶

   LED封装 是一个涉及到多学科(如光学 、热学、机械、电学、力学、材料、半导体 等)的研究课题。从某种角度而言,LED封装不仅是一门制造技术,而且也是一门基础科学,良好的封装需要对热学、光学、材料和工艺力学等物理本质的理解和应用。Uninwell International BQ-6886系列导电银胶是IED生产封装中不可或缺的一种胶水,其对导电银胶的要求是导电、导热性能要好,剪切强度要大,并且粘结力要强。以下简单分析下Uninwell International BQ-6886系列大功率LED 导热导电银胶。

　　Uninwell International作为世界高端电子胶粘剂的领导品牌,公司以“您身边的高端电子粘结防护专家”为服务宗旨。Uninwell International开发的导电银胶、导电银浆、钯银浆料、导电金胶、铂金导电胶、钯铂银浆、导电铜浆、导电铝浆、导电镍浆、导电碳浆、太阳能 导电浆料、溅射靶材、无铅锡膏、异方性导电胶、Tuff y胶、UV胶、光刻胶、导电导热相变材料、底部填充胶、贴片红胶等系列电子胶粘剂具有很高的性价比,公司在全球拥有145家世界五百强客户。Uninwell International是全球导电银浆产品线最齐全的企业,产品涵盖常温固化、低温固化、中温固化、高温固化、UV固化、光刻、低温烧结、中温烧结、高温烧结等固化方式。

　　导电银胶广泛应用于：PV 太阳能电池 组件、TP触摸屏、RFID 射频 识别电子标签、汽车电子 、电子纸 、LED 、TR、IC 、PCB 、FPC、CSP、FC、VFD、ITO、EL冷光片、CMOS 模组、LCM模组、PFD平板显示 器、LCD 液晶 显示 、PDP等离子 显示、OLED 有机电致发光显示 、薄膜开关 、键盘、传感器 、光电 器件、通讯电子、微波通讯、医疗电子 、无源器件、厚膜电路、压电晶体、集成电路 等领域。公司的BQ-6886系列导电银浆是一款高导热型;适用于发光二极管(LED),大功率 高亮度LED 及其他发光器件 粘结的高端电子胶粘剂。

　　Uninwell 作为全球导电导热的领导厂商,对导电和导热有很深刻的把握,基于总体导热和导电的理念, 集合公司应用于其他行业,如(CPV 聚光太阳能 电池)的导热散热设计材料,提出用于大功率 LED 散热和导热总体解决方案。Uninwell 大功率 LED 散热和导热材料主要涉及以下几个环节：

　　1、 晶片 PN 结到外延层;

　　2、 外延层到封装基板;

　　3、 封装基板到外部冷却装置再到空气。

　　一、大功率 LED 用高导热导电银胶解决晶片 PN 结到外延层散热问题

　　Uninwell International BQ-6886 系列大功率 LED 导电银胶高导热导电银胶具有导电性好、剪切力强、 流变性也很好、并且吸潮性低。特别适合大功率高亮度 LED 的封装。此高导热银胶导热系数为：25.8 剪 切强度为：14.7,为行业之最。

　　长久以来,显示应用一直是 LED 的主要诉求,对于 LED 的散热性要求不甚高的情况下,LED 多利用传统环氧树脂基板进行封装。2000 年以后,随LED 高辉度化与高效率化技术发展,再加上蓝光 LED 发光效 率大幅改善,与LED 制造 成本持续下滑,让 LED 应用范围、及有意愿采用 LED 的产业范围不断扩增,包括液晶、家电 、汽车等业 者,也开始积极考虑应用 LED 的可能性,例如消费性产品业者对于高功率 LED 的期待是,能达到省电、 高辉度、长使用寿命、高色再现性,这代表着达到高散热性能力,是高功率 LED 封装基板不可欠缺的条件 。此外,液晶面板 业者面临欧盟 RoHS 规范,需正视将冷阴极灯管全面无水银化的环保压力,造成市场对 于大功率 LED 的需求更加急迫。LED 封装除了保护内部 LED 芯片外,还兼具 LED 芯片与外部作电气连接、散热等功能。

　　二 高导热导电银胶 BQ-6886 成为大功率 LED 固晶散热新趋势

　　现在单颗 LED 达到上百流明 ,这已经不是什么大问题了,主要的问题是,如何去处理散热?接下来在产生这么大的流明后,如何维持亮度的稳定与持续性,这又是另一个重要课题,若热处理没有做好的话,LED 的亮 度和寿命会下降很快,对于 LED 来说,如何做到有效的可靠度和热传导,是非常重要。

　　以往 LED 是使用低热传导率树脂进行封装,不过这被视为是影响散热特性的原因之一,此外,环氧树脂 耐热性比较差,可能会出现的情况是,在 LED 芯片本身的寿命未到达前,环氧树脂就已呈现变色情况,因 此,提高散热性已是重要关键。除此之外,不仅因为热现象会对环氧树脂产生变化,甚至短波长也会对环氧树脂造成问题,这是因为白 光 LED 发光光谱中,也包含短波长光线,而环氧树脂却相当容易受白光 LED 中的短波长光线破坏,即使 是低功率白光 LED,已能使环氧树脂破坏现象加剧,更何况高功率白光 LED 所发出的短波长光线更多,恶 化自然比低功率款式更加快速,甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命仅 5,000 小时,甚至更短!所以,与其不断克服因旧有封装材料带来的变色困扰,不如朝寻求新 1 代的封装材料努力。

　　Uninwell International 研制的 BQ-6886 系列大功率 LED 银胶是中等粘度、高粘接强度的高导热导电银胶。适用于发光二极管(LED)、尤其是大功率型 LED封装。考虑到LED 芯片至封装体的热传导,可以采用胶体来把热量传导出去的方式,对于 GaAs、SiC 导电衬底,具有背面电极 的红光、黄光、黄绿芯片,就可以采用高导热导电银胶 BQ-6886 系列。

　　大功率LED封装涉及光、热、电、结构与工艺等很多方面,这些因素彼此既相互独立,又相互影响,以上提到的两点只是部分,最后封装完成的产品质量主要还是得看产品整体的匹配度。良好的封装需要对热学、光学、材料和工艺力学等物理本质的理解和应用。LED封装设计应与芯片设计同时进行,并且需要对光、热、电、结构等性能统一考虑。在封装过程中,虽然材料(散热基板、荧光粉、灌封胶)选择很重要,但封装结构(如热学界面、光学界面)对LED光效和可靠性影响也很大,大功率白光LED 封装更是需要采用一些新材料,新工艺,新思路。对于LED灯具 而言,更是需要将光源、散热、供电和灯具等集成考虑。

　　下面简单介绍下Uninwell International 的整体散热方案

　　1、LED 芯片至封装体的热传导：采用胶体来把热量传导出去,对于 GaAs、SiC 导电衬底,具有背面 电极的红光、黄光、黄绿芯片,可以采用高导热导电银胶： BQ-6886 系列,对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、 绿光 LED 芯片,采用导热绝缘胶 FS-1100 来固定芯片。

　　2、封装体至外部的热传导：采用陶瓷或者金属高散热基板材料来把热量传导至外部。Uninwell 导热层采用金属 LED 封装基板采铝或者铜等高导热材料,绝缘层采用公司独有的高导热绝缘浆料,此系列导热绝 缘材料拥有高热传导性、加工性、电磁波遮蔽性、耐热冲击性等金属特性,厚度方面通常大于1mm,广泛 应用在 LED 灯具模块,与照明模块等。

　　3、高导热可挠曲基板：Uninwell 采取的工艺是在绝缘层黏贴金属箔,虽然基本结构与传统挠曲基板完 全相同,不过在绝缘层方面,是采用公司独有的软质可扰树脂充填高热传导性无机填充物,因此具有 20W/m K 的高热传导性,同时还兼具柔软可挠曲、高热传导特性与高可靠性,此外可挠曲基板还可以依照客户 需求,可将单面单层板设计成单面双层、双面双层结构。根据实验结果显示,客户使用 Uninwell 高热传导挠曲基板时,LED 的温度大约降低摄氏 100 度,这代表着温度造成 LED 使用寿命降低的问题,将可因变更基板设计而大幅改善。

　　当然,仅仅依赖封装基板,往往无法满足实际需求,因此基板外围材料的配合也变得更加重要,例如可以配合 3W/m K 的 Uninwell 导热导电相变材料 BQ-9111 和 Uninwell 导热绝缘相变材料 BQ-9666,就能够更加有效再提高其散热性。

　　总之,Uninwell 最近提出的 LED 散热解决方案,是以总体散热和热阻的观念为基础,热阻要低不仅仅 是要用对导热胶,还要改善导热胶所接合的各种介质的介面热阻：例如磊晶与基板,基板与散热模组。如 果在磊晶黏着时,就以高导热导电银胶 BQ-6886 系列来固晶,电路板与导热基板间也采用高导热绝缘浆料 FS-2800,再与 Uninwell 独有的散热基板 FS-3800 系列黏合,就能彻底降低总体热阻,让 LED 效率更为的有效发挥。