LED散熱計(jì)算公式詳解..

1、大功率LED的散熱問題：LED是個(gè)光電器件，其工作過程中只有 15%25%的電能轉(zhuǎn)換成光能， 其余的電能幾乎都轉(zhuǎn)換成熱能，使 LED的溫度升高。在大功率LED中，散熱是 個(gè)大問題。例如，1個(gè)10W白光LED若其光電轉(zhuǎn)換效率為20% ,則有8W的電 能轉(zhuǎn)換成熱能，若不加散熱措施，則大功率LED的器芯溫度會(huì)急速上升，當(dāng)其結(jié)溫（TJ）上升超過最大允許溫度時(shí)（一般是 150C）,大功率LED會(huì)因過熱 而損壞。因此在大功率LED燈具設(shè)計(jì)中，最主要的設(shè)計(jì)工作就是散熱設(shè)計(jì)。另外，一般功率器件（如電源IC）的散熱計(jì)算中，只要結(jié)溫小于最大允許結(jié) 溫溫度（一般是125 C）就可以了。但在大功率LED散熱設(shè)計(jì)中，具

2、結(jié)溫TJ要 求比125c低得多。其原因是TJ對(duì)LED的出光率及壽命有較大影響：TJ越高 會(huì)使LED的出光率越低，壽命越短。K2系列白光LED的結(jié)溫TJ與相對(duì)出光率的關(guān)系。在 TJ=25C時(shí)，相對(duì)出光 率為1; TJ=70 C時(shí)相對(duì)出光率降為0.9; TJ=115C時(shí)，則降到0.8 了。:TJ=50 C時(shí),壽命為90000小時(shí)；TJ=80 C時(shí)，壽命降到34000小時(shí)；TJ=115 C 時(shí)，其壽命只有13300小時(shí)了。TJ在散熱設(shè)計(jì)中要提出最大允許結(jié)溫值 TJmax, 實(shí)際的結(jié)溫值TJ應(yīng)小于或等于要求的TJmax,即TJWTJmax。大功率LED的散熱路徑.大功率LED在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是十分重視散熱

3、的。圖 2是Lumiled公司K2系列 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、圖3是NICHIA公司NCCW022的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從這兩圖可以看出： 在管芯下面有一個(gè)尺寸較大的金屬散熱墊，它能使管芯的熱量通過散熱墊傳到外 面去。大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如圖4所示。散熱墊的底面與PCB 的敷銅面焊在一起，以較大的敷銅層作散熱面。為提高散熱效率，采用雙層敷銅 層的PCB,其正反面圖形如圖5所示。這是一種最簡(jiǎn)單的散熱結(jié)構(gòu)。熱是從溫度高處向溫度低處散熱。大功率 LED主要的散熱路徑是：管芯一散 熱墊一印制板敷銅層一印制板一環(huán)境空氣。若LED的結(jié)溫為TJ,環(huán)境空氣的溫 度為TA,散熱墊底部的溫度為Tc （TJTcTA

4、）,散熱路徑如圖6所示。在熱的傳導(dǎo)過程中，各種材料的導(dǎo)熱性能不同，即有不同的熱阻。若管芯傳導(dǎo) 到散熱墊底面的熱阻為RJC （LED的熱阻）、散熱墊傳導(dǎo)到PCB面層敷銅層的 熱阻為RCB、PCB傳導(dǎo)到環(huán)境空氣的熱阻為 RBA,則從管芯的結(jié)溫TJ傳導(dǎo)到空 氣TA的總熱阻RJA與各熱阻關(guān)系為：RJA=RJC+RCB+RBA各熱阻的單位是C /Wo可以這樣理解：熱阻越小，其導(dǎo)熱性能越好，即散熱性能越好。如果LED的散熱墊與PCB的敷銅層采用回流焊焊在一起，則 RCB=0 ,則上 式可寫成：RJA=RJC+RBA散熱的計(jì)算公式若結(jié)溫為TJ、環(huán)境溫度為TA、LED的功耗為PD,則RJA與TJ、TA及PD

5、的關(guān)系為：RJA= (TJ-TA) /PD (1)式中PD的單位是 Wo PD與LED的正向壓降VF及LED的正向電流IF的關(guān) 系為：PD=VF IF (2)如果已測(cè)出LED散熱墊的溫度TC,則(1)式可寫成：RJA=(TJ TC)/PD+(TC - TA)/PD貝U RJC=(TJ TC)/PD (3)RBA=(TC TA)/PD (4)在散熱計(jì)算中，當(dāng)選擇了大功率LED后，從數(shù)據(jù)資料中可找到其RJC值；當(dāng) 確定LED的正向電流IF后，根據(jù)LED的VF可計(jì)算出PD ;若已測(cè)出TC的溫 度，則按(3)式可求出TJ來。在測(cè)TC前，先要做一個(gè)實(shí)驗(yàn)板(選擇某種 PCB、確定一定的面積)、焊上 LED

6、、輸入IF電流，等穩(wěn)定后，用K型熱電偶點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)LED的散熱墊溫度 TC。在(4)式中，TC及TA可以測(cè)出，PD可以求出，則RBA值可以計(jì)算出來若計(jì)算出TJ來，代入（1）式可求出RJA。這種通過試驗(yàn)、計(jì)算出TJ方法是基于用某種PCB及一定散熱面積。如果計(jì) 算出來的TJ小于要求（或等于）TJmax ,則可認(rèn)為選擇的PCB及面積合適； 若計(jì)算來的TJ大于要求的TJmax ,則要更換散熱性能更好的PCB ,或者增加 PCB的散熱面積。另外，若選擇的LED的RJC值太大，在設(shè)計(jì)上也可以更換性能上更好并且 RJC值更小的大功率LED,使?jié)M足計(jì)算出來的TJTJmax,這一點(diǎn)在計(jì)算舉例 中說明。各種不同的P

7、CB目前應(yīng)用與大功率LED作散熱的PCB有三種：普通雙面敷銅板（FR4）、鋁 合金基敷銅板（MCPCB）、柔性薄膜PCB用膠粘在鋁合金板上的PCB。MCPCB的結(jié)構(gòu)如圖7所示。各層的厚度尺寸如表3所示。其散熱效果與銅層及金屬層厚如度尺寸及絕緣介質(zhì)的導(dǎo)熱性有關(guān)。一般采用35 銅層及1.5mm 鋁合金的MCPCB。柔*PCB粘在鋁合金板上的結(jié)構(gòu)如圖8所示。一般采用的各層厚度尺寸如表 4所示。13W星狀LED采用此結(jié)構(gòu)。采用高導(dǎo)熱性介質(zhì)的MCPCB有最好的散熱性能，但價(jià)格較貴。計(jì)算舉例這里采用了 NICHIA公司的測(cè)量TC的實(shí)例中取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為計(jì)算舉例。已知 條件如下：LED: 3W 白光LED、型

8、號(hào)MCCW022、RJC=16 C/W。K型熱電偶點(diǎn)溫度計(jì) 測(cè)量頭焊在散熱墊上。PCB試驗(yàn)板：雙層敷銅板（40X40mm ）、t=1.6mm、焊接面銅層面積1180mm2 背面銅層面積1600mm2。LED 工作狀態(tài)：IF=500mA、VF = 3.97V。用K型熱電偶點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)TC, TC=71 C。測(cè)試時(shí)環(huán)境溫度TA = 25 c.1.TJ計(jì)算TJ=RJCX PD+TC=RJC (IF HF) +TCTJ=16 C/W (500mA 3.97V)+71 C=103 C2 .RBA計(jì)算RJA= (TC-TA) /PD=(71 C 25 C) /1.99W=23.1 C/W3 .RJA計(jì)算RJ

9、A=RJC+RBA=16C/W+23.1 C/W=39.1 C/W如果設(shè)計(jì)的TJmax=90 C,則按上述條件計(jì)算出來的 TJ不能滿足設(shè)計(jì)要求， 需要改換散熱更好的PCB或增大散熱面積，并再一次試驗(yàn)及計(jì)算，直到滿足 TJ TJmax 為止。另外一種方法是，在采用的LED的RJC值太大時(shí)，若更換新型同類產(chǎn)品 RJC=9 C/W(IF=500mA 時(shí) VF=3.65V),其他條件不變，TJ 計(jì)算為：TJ=9 C/W (500mA 3.65V) +71 C=87.4 C上式計(jì)算中71c有一些誤差，應(yīng)焊上新的9C/W的LED重新測(cè)TC (測(cè)出的 值比71c略小)。這對(duì)計(jì)算影響不大。采用了 9C/W的L

10、ED后不用改變PCB 材質(zhì)及面積，其TJ符合設(shè)計(jì)的要求。PCB背面加散熱片若計(jì)算出來的TJ比設(shè)計(jì)要求的TJmax大得多，而且在結(jié)構(gòu)上又不允許增加 面積時(shí)，可考慮將PCB背面粘在U”形的鋁型材上(或鋁板沖壓件上)，或粘在散熱片上，如圖10所示。這兩種方法是在多個(gè)大功率LED的燈具設(shè)計(jì)中常用 的。例如，上述計(jì)算舉例中，在計(jì)算出 TJ=103C的PCB背后粘貼一個(gè)10 C/W 的散熱片，其TJ降到80 c左右。這里要說明的是，上述TC是在室溫條件下測(cè)得的（室溫一般 1530C） o 若LED燈使用的環(huán)境溫度TA大于室溫時(shí)，則實(shí)際的TJ要比在室溫測(cè)量后計(jì)算 的TJ要高，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這個(gè)因素。若測(cè)

11、試時(shí)在恒溫箱中進(jìn)行，其溫度 調(diào)到使用時(shí)最高環(huán)境溫度，為最佳。再談大功率散熱問題的解決大功率LED燈是否能正常工作,燈珠的質(zhì)量好壞，與大功率LED的散熱有直接關(guān) 系.現(xiàn)在大功率LED燈散熱都是采用自然散熱.效果并不理想.LED大功率燈由 LED;散熱結(jié)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)器；透鏡組成.散熱部分是一個(gè)很重要的部分.散熱的好壞 直接影響大功率LED燈的使用壽命和條件。1.關(guān)于金屬散熱基板，目前有鋁基板和銅基板，作為專業(yè)制造的金屬基板的廠家， 建議大家采用性價(jià)比高的鋁基板。銅基板與鋁基板的價(jià)格相差很多，銅基板在熱 的傳導(dǎo)性方面是比鋁要好，但成本與重量比鋁高得多了，建議用鋁基板。再則現(xiàn)在有些大功率LED廠家在大功率

12、LED燈具上加一溫控開關(guān)，并設(shè)定其溫度值，當(dāng) 此處溫度高于該值時(shí)就降低電流。缺點(diǎn)是燈光會(huì)暗一些 ，但是影響不打，故該辦 法還是可行的溫度保護(hù)是必須的，產(chǎn)品不但需要同時(shí)也是對(duì)客戶的負(fù)責(zé)。 那多少溫度保護(hù)才合 適呢？計(jì)算下吧。最高環(huán)境溫度，夏天 40C,在夏日光暴曬50C, 50c環(huán)境溫 度是實(shí)際的，參見一般大功率 LED規(guī)格書結(jié)溫度在120c是可以承受的，芯片到 鋁基板的熱阻，規(guī)格書一般推薦 10-15C,那LEDS板要彳證在120-15=105C。 好，保留溫差取50- 105C中間值77.5 C, 一般電子元器件工作溫度在 85c是 可靠的，77c是符合這個(gè)原則的。建議77c開始啟動(dòng)保護(hù)，8

13、5c前大幅度的減 低電流，90c徹底完成產(chǎn)品溫度保護(hù)功能。一個(gè)值得回味的問題：為何不在溫度還沒有升起來的時(shí)候就控制一個(gè)較小的電 流？這樣使用戶也不會(huì)覺得不適，同時(shí)溫度又不會(huì)開得很快，甚至不會(huì)達(dá)到過高 的溫度。我覺得降低電流來減少發(fā)熱，同時(shí)又不降低亮度是不現(xiàn)實(shí)的。這樣就有了1WW3Wfc功率LED丁珠共體這種做法。也就是所在大功率溫度升到一定的高的時(shí)候 把大功率從3W降到1WIB樣就不會(huì)讓溫度繼續(xù)上升，有效控制了大功率LED的溫 度問題?？偟膩碚f：1.提高其發(fā)光效率。現(xiàn)現(xiàn)高功率 LED已達(dá)至ij 50-70LM/W發(fā)展的方向 將達(dá)到140lm/W以致更高?？梢韵胂筮@將對(duì)熱量問題從根本上改善。 2

14、.加強(qiáng)散 熱。這是目前情況下有效的解決手段。我現(xiàn)在自已用的一個(gè)LED燈，用在床頭照明用。不過不是高功率型的。是自已用 白光LED做的。一開始電流太大，總燒燈仔。增加散熱孔效果不很理想。計(jì)算后發(fā)現(xiàn)其電流達(dá)到56mA價(jià)兩路，每路約28mA)后來重新計(jì)算了電流，更改元件, 控制電流到15mA5E右，熱量有很大改觀。當(dāng)然亮度也不一樣。我見過的方案是大功率路燈使用的，主要是使用鋁基板，銅基板經(jīng)濟(jì)性差一點(diǎn)， 不過可以增加銅導(dǎo)熱管。還有加風(fēng)扇的，雖然風(fēng)扇的壽命差一點(diǎn)，不過總比換LED劃算，而且有兩臺(tái)風(fēng)扇， 采用溫度保護(hù)，超溫后逐漸開啟2臺(tái)風(fēng)扇，然后還可以再在超溫的同時(shí)關(guān)閉部分 LED以降低總功率，實(shí)際上和降

15、低電流效果類似。所謂大功率LED只是相對(duì)于以前的LED而言，實(shí)際功率并不是很大，一般只有12W在多的都是芯片疊加出來的，現(xiàn)在很多公司都在推出這種 LED你只要在 電子工程專輯的網(wǎng)站上搜索一下 LED你會(huì)發(fā)現(xiàn)最近新推出的LED大都是大功率 LED當(dāng)LED的電流小于150mA為小功率的LED(又叫LED).當(dāng)流過LED的電流大于 150mA寸稱為功率 LED(HBLED).也可以考慮熱管導(dǎo)熱，有液態(tài)單相和液態(tài)/氣態(tài)兩相。如果功率大了，這種就一定 要用。CPLB熱現(xiàn)在已經(jīng)開始使用了。 LED散熱也偶然見到有人用。摘要：考慮熱導(dǎo)率與散熱方式的影響，使用大型有限元軟件ANSYS10.0模擬并分析了大功率

16、 LED熱分布。通過分析不同封裝、熱沉材料及散熱方式對(duì) LED熱分布與最大散熱能力的影響，指出解決 LED散熱問題的 關(guān)鍵不是尋找高熱導(dǎo)率的材料，而是改變 LED的散熱結(jié)構(gòu)或者散熱方式。1引言目前，很多功率型LED的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到70 mA、100 mA甚至1 A,這將會(huì)引起 芯片內(nèi)部熱量*,導(dǎo)致發(fā) 光波長漂移、出光效率下降、熒光粉加速老化以及使用壽命縮短等一系列問題。業(yè)內(nèi)已經(jīng)對(duì) 大功率LED的散熱問題作出了很多的努力：通過對(duì)芯片外延結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)， 使用表面粗化技術(shù)等提高芯片內(nèi)外量子效率，減少無輻射復(fù)合產(chǎn)生的晶格振蕩，從根本上減少散熱組件負(fù)荷；通過優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)、材料，選擇以鋁基為 主的金屬芯印刷

17、電路板(MCPCB)使用陶瓷、復(fù)合金屬基板等方法,加快熱量從外延層向散熱基板散發(fā)。多 數(shù)廠家還建議在高性能要求場(chǎng)合中使用散熱片，依靠強(qiáng)對(duì)流散熱等方法促進(jìn)大 功率LED散熱。盡管如此，單個(gè)LED產(chǎn)品目前也僅處于110 W級(jí)的水平，散熱能力仍亟待提高。相當(dāng)多的研究將精力集中于尋找高 熱導(dǎo)率熱沉與封裝材料，然而當(dāng)LED功率達(dá)到lO W以上時(shí)，這種關(guān)注遇到了相當(dāng)大的阻力。即使施加了風(fēng)冷強(qiáng)對(duì)流方式，犧牲了成本優(yōu)勢(shì)，也未能獲得令人滿意的變化。討論在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、LED封裝及熱沉材料熱導(dǎo)率等因素變化對(duì)于其最大功率的影響，尋找影響LED散熱的關(guān)鍵因素。研究方法為有限元熱分析法.該方法已有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了LED有限元模型

18、與其真實(shí)器件之間的差別，證明其在誤差許可范圍內(nèi)是準(zhǔn)確可行的。2建立模型2. 1有限元熱分析理論三維直角坐標(biāo)系中的瞬態(tài)溫度場(chǎng)場(chǎng)變量T(x , y, z, t)滿足:a H ni a /、w、a人1八 訂小藏鼠臚!+V *曲卜獷! ”至）均洋加（1）入xx,入yy,入zz為熱導(dǎo)率；q0為單位體積的式中：T/x , T/y, T/z為沿x, y, z方向的溫度梯度;熱生成；p c是密度與比熱容的乘積：dT/dt為溫度隨時(shí)間的變化率。式中：Vx, Vy,Vz為媒介傳導(dǎo)速率。對(duì)于穩(wěn)態(tài)熱分析而言，T/t=0 ,式（1）可化簡(jiǎn)為:根據(jù)式（3）、邊界條件與初始條件，利用迭代法或者消去法求解，得出熱分析結(jié)果。2

19、. 2幾何模型的建立圖1為依據(jù)常見1 w大功率LED尺寸建立并簡(jiǎn)化、海鷗翼封裝鋁熱沉的大功率 LED圖形，底座接在MCPCB 鋁基板上。主要數(shù)據(jù)：芯片尺寸為1 mrW 1 mrmc O.25 mm透鏡為直徑是13 mm勺半球。硅襯底為邊長17 mm高0.25 mm的正六棱柱，MCPC的直徑20 mm,高1.75 mm的六角星形鋁質(zhì)基板。圖1大優(yōu)率LED的PROJE模型及其各部分構(gòu)成2. 3有限元模型的建立模型采用ANSYS10.0計(jì)算，為方便分析，假設(shè)模型：LED輸入功率為1 W光效率取10%;封裝體外部的各組件（包才MCPCB陶瓷封裝、熱沉的外部）通過 與空氣的對(duì)流散熱；器件與外界的熱對(duì)流系

20、數(shù)為 20。工作環(huán)境溫度為25C;器件滿足使用ANSY瞅件進(jìn)行 穩(wěn)態(tài)有限元熱分析的條件；最大結(jié)溫選擇為 125C。各種材料的參數(shù)如表 1所示。表I r斯u模型中各材料的參數(shù)值材料熱導(dǎo)率/W/K-i型封0.076 8A1熱沉23()神襯底150器件350環(huán)氧樹相045-0.25桂樹脂PCHCB17&儀gtt.3分析各種因素對(duì)于散熱能力的影響2.1 熱輻射系數(shù)對(duì)LED散熱的影響圖2為表面黑度為0.8時(shí)的溫度云圖。根據(jù)斯蒂芬 -玻耳茲曼定律，輻照度 j*與溫度T之間的關(guān)系:j*= aT4o其中為黑體的輻射系數(shù)；b=5.67X10-8w/(m2-k4),稱為斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù)。因此可 知，溫度越高，

21、輻照度越大。當(dāng)輸入功率為1 W時(shí)，經(jīng)由表面輻射散出的熱能為7.63X10 4W僅占總熱功率的1.63%。；功率達(dá)到2 W時(shí)，經(jīng)輻射散出的熱能也僅占6.33%。因此改變熱輻射系數(shù)對(duì)于提高散熱能力改善成效不大，散熱的關(guān)鍵在于提高另外兩種散熱方式：熱傳遞和熱對(duì)流。盡管如此，仍有一些廠家將 LED器件的外表面涂成黑色，以期最大限度地利用輻射散熱。41415 纖厘心 附2 招 7J.664醫(yī)2黑度為0.8時(shí)的溫度分布圖3. 2熱導(dǎo)率對(duì)LED的散熱的影響只考慮熱傳導(dǎo)與對(duì)流，改變不同封裝填充材料如硅樹脂.得出結(jié)果，如圖 3所示。即使找到一種熱導(dǎo) 率高達(dá)7 Wm-1K-1的環(huán)氧樹脂成分封裝材料時(shí)，相比使用熱導(dǎo)

22、率為0.25 Wm-1K-1的環(huán)氧樹脂成分封裝材料時(shí)，芯片溫度下降不多，鋁基板溫度只下降了2.271 C,最大功率僅提高了 0.69 Wo實(shí)際上，熱導(dǎo)率值超過7Wm-1K-1以上、可商業(yè)化的透明硅樹脂封裝材料目前尚無文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。分布云圖如圖 4所示。I /一零件/他田最/q巖件.溫度fJ / 相.兒 00-S1, Q I.，2. V 2.5透使時(shí)爰村料熱導(dǎo)涉泮成：圖3透燒.封裝材料熱導(dǎo)率對(duì)溫度分布的影響圖4透燒熱導(dǎo)率為7時(shí)的端度分布云圖表2給出透鏡熱導(dǎo)率為0.2 Wm-1K-1時(shí)，不同熱沉材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于LED最大功率影響。由表 2看出，熱沉材料對(duì)于LED的最大散熱能力的影響很小。表2 熱況材

23、料的選擇對(duì)于LED最大功率的影響材料熱導(dǎo)率器件品低溫度/X芯片溫度 凡最大功率 /W銀41941,26084.6701.667銅38541263吼746L6G7金31041,27685.0051.567鋁2104L；WX53U919鐵76.241.43586.272i.56綜上所述，熱導(dǎo)率變化對(duì) LED最大功率影響微弱。3. 3增加散熱面積對(duì)LED散熱的影響表3為3種不同散熱方式對(duì)LED的溫度分布、最大功率的影響?？梢钥闯?，增加散熱面積是很好的散 熱方式，可以輕易地提高 LED器件散熱能力，這是目前 LED產(chǎn)品所普遍使用的散熱方式之一。然而缺點(diǎn)也 很明顯：影響成本、增加產(chǎn)品重量、影響封裝密度。

24、無限度地提高LED散熱片面積顯然不現(xiàn)實(shí)，因此一般使用1.5inch2散熱片提升LED產(chǎn)品最大功率至10 W左右，出于成本等因素就不能繼續(xù)提高。表3 散熱面枳對(duì)于LED最大功率的影晌結(jié)內(nèi)敝熱麗枳/nF案件及低溫度汽：芯片溫度/X單個(gè)LED W)L24X10-141,26()84.670帶 MCPCB(1 W)349x10 44130085509加做熱片（10野）4.61x10 1r42.2081227243. 4對(duì)流方式對(duì)LED散熱的影響常見對(duì)流散熱方式有兩種：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。固定結(jié)構(gòu)的散熱與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有關(guān)。空冷方式時(shí),不同傳熱系數(shù)對(duì)最大功率的影響如圖5所示。強(qiáng)對(duì)流方式在一定速度內(nèi)會(huì)大大提

25、高LED產(chǎn)品的散熱能力，有助于提高散熱效果。身阱本* .喳i雁表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)瀉圖5強(qiáng)對(duì)流方式對(duì)LED器件最大或率的影響綜上所述，無論是增加散熱面積還是增加對(duì)流速度都不能無限制地提高散熱能力，其原因在于：當(dāng)散熱結(jié)構(gòu)、方式固定后，即使 LED導(dǎo)熱率有所上升，也無法真正大幅度降低芯片溫度；事實(shí)證明增加散熱面積，可以促進(jìn)散熱。但由于成本限制，且不可能無限制地增加散熱面積，因此，要提升LED產(chǎn)品的散熱能力，關(guān)鍵要在最大努力增加散熱面積時(shí)，尋找一種可以快速將上表面熱量帶走的散熱方式。4結(jié)語利用ANSYS(件對(duì)大功率LED進(jìn)行三維有限元熱分析，并繪制了其受不同因素影響時(shí)器件的溫度云圖， 通過比較各種因素對(duì)散熱

26、性能的影響，得出結(jié)論：在經(jīng)過必要的選材優(yōu)化后，對(duì)于材料熱導(dǎo)率的追求只是 對(duì)提高LED散熱能力細(xì)枝末節(jié)地修改，想要大幅度地提高LED的散熱能力，關(guān)鍵是增加散熱面積與改變散熱方式。解 決 LE D 大 功 率 散 熱 問 題隨著LED照明的需求日趨迫切，高功率 LED的散熱問題益發(fā)受到重視，因?yàn)檫^高的溫度會(huì)導(dǎo)致LED發(fā)光效率衰減；LED運(yùn)作所產(chǎn)生的廢熱若無法有效散出，則會(huì)直接對(duì)LED的壽命造成致命性的影響，因此，近年來高功率 LED散熱問題的解決成為許多相關(guān)業(yè)者的研發(fā)標(biāo)的。對(duì)于大功率照明LED散熱技術(shù)，各家公司可說是各顯神通， 例如臺(tái)灣的光?？萍急惆l(fā)展出COHS封裝散熱技術(shù)，光?？萍际抢帽旧磔d板

27、設(shè)計(jì)能力的優(yōu)勢(shì)，將LED直接封裝在高導(dǎo)熱性的銅基座上，銅的高導(dǎo)熱性就如同散熱器的角色，再加上以電路設(shè)計(jì)及自有工藝克服絕緣膜與銅材質(zhì)間的附著性問 題，便發(fā)展出所謂的 COHS技術(shù)(Chips On Heat Sink) ,并已擁有47項(xiàng)COHS相關(guān)專利。COHS散熱技術(shù)前景可期光?？萍急硎荆摴镜腃OHSB熱技術(shù)有別于傳統(tǒng)COB封裝方式，省去了芯片與基座間不必 要的熱阻材，且采用比鋁的導(dǎo)熱性更佳的銅做為基板，而針對(duì) 60W以上的燈芯模塊，更加入了均溫 板的概念，能將熱能更快速地傳導(dǎo)開來。整體而言，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括模塊熱阻低、容易控制結(jié)面溫 度、可提供量測(cè)結(jié)面溫度的測(cè)試點(diǎn)、具低成本包裝的結(jié)構(gòu)、安

28、裝簡(jiǎn)易、散熱效果佳等等。目前光?？?技的產(chǎn)品已實(shí)際應(yīng)用在山東省慶云縣的LED路燈工程、北京市大興區(qū) LED路燈工程及各式室內(nèi)、室外照明等。在日前于韓國產(chǎn)業(yè)技術(shù)大學(xué)中舉辦的新產(chǎn)品測(cè)試中，光?？萍?20瓦（W）模塊的電極溫度約為攝氏70度，其他公司60瓦等級(jí)模塊的電極溫度卻高達(dá)攝氏150度，后者的功率未及光海產(chǎn)品一半，電極溫度卻高出許多，足見光海散熱技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，為求進(jìn)軍韓國市場(chǎng)，光?？萍紝⑼顿Y1,000 萬美元于南韓京畿道建設(shè)產(chǎn)線。COHS散熱技術(shù)是采用銅基板，目前另一頗受注目的散熱技術(shù)則是采用陶瓷基板，由陶瓷基板的成本頗具競(jìng)爭(zhēng)力，且具有與半導(dǎo)體有接近的熱膨脹系數(shù)與高耐熱能力，能有效地解決

29、熱歪斜及高溫工 藝問題，因此。現(xiàn)階段許多公司紛紛投入陶瓷基板技術(shù)的研發(fā)，例如同欣電子。陶瓷基板散熱同欣電子總經(jīng)理劉煥林便表示，LED陶瓷基板將是同欣電子未來的主要成長動(dòng)能。該公司的產(chǎn)品為DPC陶瓷基板?，F(xiàn)階段較普遍的陶瓷散熱基板種類共有HTCC、LTCC、DBC、DPC四種，其中，DPC（Direct Plate Copper）是將陶瓷基板利用真空濺鍍鍍上銅層，再利用顯影工藝制造線路，其工藝結(jié)合材料與薄膜工藝技術(shù)，為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。基本上，LED散熱基板主要分為金屬與陶瓷基板。金屬基板以鋁或銅為材料，由于技術(shù)成熟，且 具成本優(yōu)勢(shì)，目前為一般 LED產(chǎn)品所采用。而陶瓷基板線路對(duì)位精

30、確度高，為業(yè)界公認(rèn)導(dǎo)熱與散熱 性能極佳材料，是目前高功率 LED散熱最適方案，雖然成本比金屬基板來得高，但照明要求的散熱 性及穩(wěn)定性高于筆記本電腦、電視等電子產(chǎn)品，因此，包括 Cree、歐司朗、飛利浦及日亞化等國際 大廠，都使用陶瓷基板作為 LED晶粒散熱材質(zhì)。比較各種陶瓷散熱技術(shù)，其中，HTCC（高溫共燒多層陶瓷基板）屬于較早期發(fā)展之技術(shù)，但由于其較高的工藝溫度（1300到1600 C）,使其電極材料的選擇受限，且制作成本相當(dāng)昂貴，目前漸漸 被LTCC取代。止匕外，DPC陶瓷基板導(dǎo)熱效果又優(yōu)于低溫陶瓷共燒（LTCC）與散熱鋁基板，因此 DPC陶瓷基板散熱技術(shù)近年頗受看好，同欣電子表示，該公司目前陶瓷基板仍供不應(yīng)求，產(chǎn)能方面鶯歌廠 月產(chǎn)能30萬片（每片為4 口寸X4 口寸，每片顆數(shù)為440到890顆（視設(shè)計(jì)而定），菲律賓廠月產(chǎn)能10 萬片，近期將有5萬片新產(chǎn)能加入，整體而言，由于 LED取代傳統(tǒng)照明為未來趨勢(shì)，因此同欣電子將長期獲益自此一應(yīng)用被動(dòng)組件業(yè)者順勢(shì)跨入看好陶瓷基板在LED散熱的應(yīng)用，大毅除被動(dòng)組件與保護(hù)組件的制造外，于 2010年更進(jìn)一步 投入LED散熱基板市場(chǎng)；制造高功率 LED散熱基板，該公司是利用目前既有的專業(yè)保護(hù)組件黃光微 影薄膜工藝以及精密電鑄技術(shù)能力，加上由該公司自行研發(fā)的雷射切割鑿孔設(shè)備，導(dǎo)入氧化鋁以及氮 化鋁作為散熱基板材料，納入生產(chǎn)工藝開始進(jìn)行量產(chǎn)，可