摘要：本文簡單介紹了大功率LED的導熱原理，重點分析了金屬基板導熱研究進展，概述了金屬基板在大功率LED中的應用情況，并對大功率LED的發展前景進行了展望。

關鍵詞：導熱；大功率LED；金屬基板

1、前言

隨著21世紀的全球經濟迅猛發展，人們對高質量生活需求的大幅度增長，碳中和戰略意義深遠，LED做為節能、環保照明，得到了人們廣范應用，在LED，集成技術和微封裝技術也在不斷進步。

汽車大功率LED的前大燈已經成為主流

LED向小型化和大功率方向發展，這種趨勢導致了在有限體積內產生了更多的熱量，若散熱不及時，過多積聚的熱量將導致大功率LED工作溫度升高，影響大功率LED的正常工作，嚴重時甚至會使大功率LED失效。

大功率LED溫度每升高8℃，可靠性下降10%；溫度升高80℃時的壽命只有溫度升高50℃時的1/6。可見溫度是影響大功率LED可靠性最重要的因素之一，這就需要在技術上采取措施限制大功率LED的溫度升高。

超高導熱鋁基板、熱電分離銅基板、熱電分離鋁基板是大功率LED的第一個導熱承載體、光學支撐和電氣性能連接體，對于提高大功率LED的光通量輸出和壽命具有重要意義。

2、導熱散熱過程

LED熱量傳導過程：大功率LED → 錫膏 → 金屬基板 → 導熱硅子 → 散熱器  → 風扇，完成一個導熱散熱過程。

圖1 導熱散熱過程圖

3、導熱金屬基板在大功率LED應用

3.1 超高導熱鋁、銅基板

超高導熱鋁、銅基板是通過超高導熱絕緣層來將LED熱量導到鋁或銅基板上，導熱系數分別是：2-12W/mk，因超高導熱絕緣層是由樹脂+氮化鋁或氧化鋁或氮化硼和其它填料配合組合而成，例：其中氮化硼導熱系數是：200W/mk，但是氮化硼添加量不能超過40%，添加量超過40%時過高溫會出現基板分層不良，使得超高導熱鋁、銅基板導熱只有2-12W/mk，只能應用到中功率LED中做導熱第一承載體使用。

圖2 鋁、銅基板結構圖

3.2 熱電分離鋁基板

熱電分離鋁基板導熱系數達到：200 W/mk，屬于金屬直接導熱，熱電分離鋁基板制作是使用線路板蝕刻+層積疊壓方式完成，線路層仍能保持電絕緣性，可以應該用到大功率LED中做導熱第一承載體使用。

圖3 熱電分離鋁基板結構圖

3.3 熱電分離銅基板

熱電分離銅基板導熱系數達到：400 W/mk，屬于金屬直接導熱，熱電分離鋁基板制作是使用線路板蝕刻+層積疊壓方式完成，線路層仍能保持電絕緣性，可以應該用到大功率LED中做導熱第一承載體使用。

圖4 熱電分離銅基板結構圖

3.4 熱電分離鋁基板和熱電分離銅基板性能對比

有熱電分離鋁基板為什么還有熱電分離銅基板？其實還是性能上有區別，如下表1，銅的導熱系數是鋁的導熱系數2倍，導熱系數越大導熱速度越快，可以快速將大功率熱量導出，銅基硬度更硬，在SMT高溫情況下不易變形，變形后影響到基板與散熱器之間的貼合，銅基比熱容大于鋁基，也就是說銅基熱存儲量大于鋁基，金屬基板做為LED第一承載體，先將熱量傳遞到金屬基板上，再通過金屬基板傳遞到導熱硅子上，導熱硅子導熱系數是3 W/mk ，其熱傳遞速度慢，就需要金屬基板有熱存儲能力，熱存儲越多LED的結溫越低，所以一些大功率LED還是需要使用銅基板。

表1熱電分離鋁基板和熱電分離銅基板性能對比

3.5 金屬基板光學的支撐體

眾多研究者得出：LED是面光源，需要通過光學透鏡將LED光聚集導出，形成我們需要的照明光源，而金屬基板做為光學透鏡第一支撐點，需要LED中心到光學透鏡中心公差是：+/-0.05-0.1mm，超出此偏差，會影響到光通量輸出，所以金屬基板鉆孔精度也是重要。

圖5 鋁基板光學透鏡支撐孔

圖6 熱電分離銅基板光學透鏡支撐孔

4、結束語

當今，全球經濟和科學技術飛速發展，LED領域也有著重大進展。隨著LED功率越來越大，散熱問題成為影響其使用的重要限制因素。金屬基板做為LED導熱和光學支撐、電氣性能第一承載體，起著尤為關鍵的作用。為保障大功率LED運行穩定性、延長其使用壽命，開發系列針對導熱、光學和電氣性能集中的金屬基板，來解決大功率LED導熱和光學、電報性能集中問題。

本文由東莞市康納電子科技有限公司劉岳峰投稿，作者：劉岳峰¹，楊雙²，黃鵬¹

作者簡介：

劉岳峰，東莞市康納電子科技有限公司 技術銷售。主要金屬基板制造和研發、銷售。

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原文始發于微信公眾號（智能汽車俱樂部）：金屬基板在車燈大功率LED導熱過程中的應用