摘要：本文簡單介紹了大功率LED的導(dǎo)熱原理，重點(diǎn)分析了金屬基板導(dǎo)熱研究進(jìn)展，概述了金屬基板在大功率LED中的應(yīng)用情況，并對(duì)大功率LED的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱；大功率LED；金屬基板

1、前言

隨著21世紀(jì)的全球經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人們對(duì)高質(zhì)量生活需求的大幅度增長，碳中和戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)，LED做為節(jié)能、環(huán)保照明，得到了人們廣范應(yīng)用，在LED，集成技術(shù)和微封裝技術(shù)也在不斷進(jìn)步。

汽車大功率LED的前大燈已經(jīng)成為主流

LED向小型化和大功率方向發(fā)展，這種趨勢(shì)導(dǎo)致了在有限體積內(nèi)產(chǎn)生了更多的熱量，若散熱不及時(shí)，過多積聚的熱量將導(dǎo)致大功率LED工作溫度升高，影響大功率LED的正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)勾蠊β蔐ED失效。

大功率LED溫度每升高8℃，可靠性下降10%；溫度升高80℃時(shí)的壽命只有溫度升高50℃時(shí)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(shù)上采取措施限制大功率LED的溫度升高。

超高導(dǎo)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(gè)導(dǎo)熱承載體、光學(xué)支撐和電氣性能連接體，對(duì)于提高大功率LED的光通量輸出和壽命具有重要意義。

2、導(dǎo)熱散熱過程

LED熱量傳導(dǎo)過程：大功率LED → 錫膏 → 金屬基板 → 導(dǎo)熱硅子 → 散熱器  → 風(fēng)扇，完成一個(gè)導(dǎo)熱散熱過程。

圖1 導(dǎo)熱散熱過程圖

3、導(dǎo)熱金屬基板在大功率LED應(yīng)用

3.1 超高導(dǎo)熱鋁、銅基板

超高導(dǎo)熱鋁、銅基板是通過超高導(dǎo)熱絕緣層來將LED熱量導(dǎo)到鋁或銅基板上，導(dǎo)熱系數(shù)分別是：2-12W/mk，因超高導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)是：200W/mk，但是氮化硼添加量不能超過40%，添加量超過40%時(shí)過高溫會(huì)出現(xiàn)基板分層不良，使得超高導(dǎo)熱鋁、銅基板導(dǎo)熱只有2-12W/mk，只能應(yīng)用到中功率LED中做導(dǎo)熱第一承載體使用。

圖2 鋁、銅基板結(jié)構(gòu)圖

3.2 熱電分離鋁基板

熱電分離鋁基板導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到：200 W/mk，屬于金屬直接導(dǎo)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(yīng)該用到大功率LED中做導(dǎo)熱第一承載體使用。

圖3 熱電分離鋁基板結(jié)構(gòu)圖

3.3 熱電分離銅基板

熱電分離銅基板導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到：400 W/mk，屬于金屬直接導(dǎo)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(yīng)該用到大功率LED中做導(dǎo)熱第一承載體使用。

圖4 熱電分離銅基板結(jié)構(gòu)圖

3.4 熱電分離鋁基板和熱電分離銅基板性能對(duì)比

有熱電分離鋁基板為什么還有熱電分離銅基板？其實(shí)還是性能上有區(qū)別，如下表1，銅的導(dǎo)熱系數(shù)是鋁的導(dǎo)熱系數(shù)2倍，導(dǎo)熱系數(shù)越大導(dǎo)熱速度越快，可以快速將大功率熱量導(dǎo)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(chǔ)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(dǎo)熱硅子上，導(dǎo)熱硅子導(dǎo)熱系數(shù)是3 W/mk ，其熱傳遞速度慢，就需要金屬基板有熱存儲(chǔ)能力，熱存儲(chǔ)越多LED的結(jié)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(duì)比

3.5 金屬基板光學(xué)的支撐體

眾多研究者得出：LED是面光源，需要通過光學(xué)透鏡將LED光聚集導(dǎo)出，形成我們需要的照明光源，而金屬基板做為光學(xué)透鏡第一支撐點(diǎn)，需要LED中心到光學(xué)透鏡中心公差是：+/-0.05-0.1mm，超出此偏差，會(huì)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(xué)透鏡支撐孔

圖6 熱電分離銅基板光學(xué)透鏡支撐孔

4、結(jié)束語

當(dāng)今，全球經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，LED領(lǐng)域也有著重大進(jìn)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(dǎo)熱和光學(xué)支撐、電氣性能第一承載體，起著尤為關(guān)鍵的作用。為保障大功率LED運(yùn)行穩(wěn)定性、延長其使用壽命，開發(fā)系列針對(duì)導(dǎo)熱、光學(xué)和電氣性能集中的金屬基板，來解決大功率LED導(dǎo)熱和光學(xué)、電報(bào)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(shù)銷售。主要金屬基板制造和研發(fā)、銷售。

Tel:13723586848

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