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金属基板在车灯大功率LED导热过程中的应用

摘要:本文简单介绍了大功率LED的导热原理,重点分析了金属基板导热研究进展,概述了金属基板在大功率LED中的应用情况,并对大功率LED的发展前景进行了展望。


关键词:导热;大功率LED;金属基板

 

1、前言


随着21世纪的全球经济迅猛发展,人们对高质量生活需求的大幅度增长,碳中和战略意义深远,LED做为节能、环保照明,得到了人们广范应用,在LED,集成技术和微封装技术也在不断进步。


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汽车大功率LED的前大灯已经成为主流


LED向小型化和大功率方向发展,这种趋势导致了在有限体积内产生了更多的热量,若散热不及时,过多积聚的热量将导致大功率LED工作温度升高,影响大功率LED的正常工作,严重时甚至会使大功率LED失效。


大功率LED温度每升高8℃,可靠性下降10%;温度升高80℃时的寿命只有温度升高50℃时的1/6。可见温度是影响大功率LED可靠性最重要的因素之一,这就需要在技术上采取措施限制大功率LED的温度升高。


超高导热铝基板、热电分离铜基板、热电分离铝基板是大功率LED的第一个导热承载体、光学支撑和电气性能连接体,对于提高大功率LED的光通量输出和寿命具有重要意义。


2、导热散热过程


LED热量传导过程:大功率LED → 锡膏 → 金属基板 → 导热硅子 → 散热器  → 风扇,完成一个导热散热过程。


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图1 导热散热过程图


3、导热金属基板在大功率LED应用


3.1 超高导热铝、铜基板


超高导热铝、铜基板是通过超高导热绝缘层来将LED热量导到铝或铜基板上,导热系数分别是:2-12W/mk,因超高导热绝缘层是由树脂+氮化铝或氧化铝或氮化硼和其它填料配合组合而成,例:其中氮化硼导热系数是:200W/mk,但是氮化硼添加量不能超过40%,添加量超过40%时过高温会出现基板分层不良,使得超高导热铝、铜基板导热只有2-12W/mk,只能应用到中功率LED中做导热第一承载体使用。


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图2 铝、铜基板结构图


3.2 热电分离铝基板


热电分离铝基板导热系数达到:200 W/mk,属于金属直接导热,热电分离铝基板制作是使用线路板蚀刻+层积叠压方式完成,线路层仍能保持电绝缘性,可以应该用到大功率LED中做导热第一承载体使用。


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图3 热电分离铝基板结构图


3.3 热电分离铜基板


热电分离铜基板导热系数达到:400 W/mk,属于金属直接导热,热电分离铝基板制作是使用线路板蚀刻+层积叠压方式完成,线路层仍能保持电绝缘性,可以应该用到大功率LED中做导热第一承载体使用。


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图4 热电分离铜基板结构图

 

3.4 热电分离铝基板和热电分离铜基板性能对比


有热电分离铝基板为什么还有热电分离铜基板?其实还是性能上有区别,如下表1,铜的导热系数是铝的导热系数2倍,导热系数越大导热速度越快,可以快速将大功率热量导出,铜基硬度更硬,在SMT高温情况下不易变形,变形后影响到基板与散热器之间的贴合,铜基比热容大于铝基,也就是说铜基热存储量大于铝基,金属基板做为LED第一承载体,先将热量传递到金属基板上,再通过金属基板传递到导热硅子上,导热硅子导热系数是3 W/mk ,其热传递速度慢,就需要金属基板有热存储能力,热存储越多LED的结温越低,所以一些大功率LED还是需要使用铜基板。


表1热电分离铝基板和热电分离铜基板性能对比

名称

导热系数

硬度

比热容

热电分离铜基板

400 W/mk

120HV

0.39×103J/(kg·℃)

热电分离铝基板

200 W/mk

95HV

0.88×103J/(kg·℃)


3.5 金属基板光学的支撑体


众多研究者得出:LED是面光源,需要通过光学透镜将LED光聚集导出,形成我们需要的照明光源,而金属基板做为光学透镜第一支撑点,需要LED中心到光学透镜中心公差是:+/-0.05-0.1mm,超出此偏差,会影响到光通量输出,所以金属基板钻孔精度也是重要。


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图5 铝基板光学透镜支撑孔


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图6 热电分离铜基板光学透镜支撑孔

 

4、结束语


当今,全球经济和科学技术飞速发展,LED领域也有着重大进展。随着LED功率越来越大,散热问题成为影响其使用的重要限制因素。金属基板做为LED导热和光学支撑、电气性能第一承载体,起着尤为关键的作用。为保障大功率LED运行稳定性、延长其使用寿命,开发系列针对导热、光学和电气性能集中的金属基板,来解决大功率LED导热和光学、电报性能集中问题。


本文由东莞市康纳电子科技有限公司刘岳峰投稿,作者:刘岳峰1杨双2黄鹏1



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作者简介

刘岳峰,东莞市康纳电子科技有限公司 技术销售。主要金属基板制造和研发、销售。

Tel:13723586848

E-mail:   liuyuefeng@dgkangna.com




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