LED與LED背光源的散熱問題
2012-07-28
隨著LED材料及封裝技術的不斷演進，促使LED產品亮度不斷提高，LED的應用越來越廣，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背光源技術分別在色彩、亮度、壽命、耗電度及環保訴求等均比傳統冷陰極管（CCFL）更具優勢，因而吸引業者積極投入。
最初的單芯片LED的功率不高，發熱量有限，熱的問題不大，因此其封裝方式相對簡單。但近年隨著LED材料技術的不斷突破，LED的封裝技術也隨之改變，從早期單芯片的炮彈型封裝逐漸發展成扁平化、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系統所衍生的熱問題將是影響產品功能優劣關鍵，要將LED元件的發熱量迅速排出至周遭環境，首先必須從封裝層級（L1& L2）的熱管理著手。目前業界的作法是將LED芯片以焊料或導熱膏接著在一均熱片上，經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。
許多終端的應用產品，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付，走向多芯片LED封裝，及芯片直接黏著基板已是未來發展趨勢。
散熱問題是在LED開發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散熱管理設計的目的是有效地降低芯片散熱到最終產品之間的熱阻，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。
當然，LED的散熱組件與CPU散熱相似，都是由散熱片、熱管、風扇及熱介面材料所組成的氣冷模組為主，當然水冷也是熱對策之一。以當前最熱門的大尺寸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，但風扇耗電及噪音等問題還是存在。因此，如何設計無風扇的散熱方式，可能會是決定未來誰能勝出的重要關鍵。
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