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陶瓷基片在LED散热中的应用

发表时间:2017-07-17 08:49:24

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LED是一种新型半导体器件,其发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光子,这过程不需要发出热量,但LED的发光需要电流驱动,输入LED的电能中,只有15%左右有效转化为光能所以LED发光过程中会产生热量,所以LED是一种会发热的冷光源。

  LED灯具由于节电、环保、长寿命,而被公认为下一带照明技术,将取代现有的各种照明技术。但LED有80%之多的电能转化为热能, LED散热是个最大的问题,成了普及LED照明灯的瓶颈。随着LED功率的升高,热的特性对LED的影响越来越显著,不但会使器件寿命急剧衰减,还会严重影响LED的波长,功率,光通量等参数,制约着LED行业的发展。

  一、铝基板存在的问题:

  由于LED等功率型器件发热量大,普通的PCB板无法承受散热需要,而是焊接或胶黏在铝基板上。 铝基板是芯片的载体,是连接LED与散热器的桥梁,地位十分重要。目前大多数的主流LED灯具中都采用了铝基板。铝基板的结构分三层,由铜箔(电路载体)、导热绝缘层及铝板组成,铝基板上层为铜箔焊接器件用,下层为铝的基板起散热作用。绝缘层是一层薄的绝缘材料,用来绝缘铜与铝,其夹心绝缘层不仅要求其绝缘性好,而且还要导热性能好,目前采用的是环氧树脂或环氧玻璃布粘结片,热阻还是比较大。国内一般铝基板热阻为1.7°C/W-3°C/W左右,比较好的是掺有纳米陶瓷的导热铝基板,由于采用纳米技术导热,其热阻已能做到0.5°C/W,绝缘击穿电压大于3KV。

  与PCB板相比,它具有良好的导热性、电气绝缘性。 所以目前在LED散热领域铝基板占领很大的一块市场,但随着对LED散热的需求增大,铝基板的缺陷也充分暴露出来,归纳为以下几点:

  1、导热性能差:LED产生的热量是通过绝缘层传导到金属基板,再经过热界面材料传导到散热器,这样就能将LED所产生的绝大部分热量通过对流的方式扩散到周围的空气中。热传导的基本公式为Q=K×A×ΔT/ΔL,又称傅里叶公式。其中Q代表热量,也就是热传导所产生或传导的热量;K为材料的导热系数,导热系数类似比热,但是又与比热有一些差别,导热系数与比热成反比,导热系数越高,其比热的数值也就越低。举例说明,纯铜的热传导系数为396,而其比热则为0.39;公式中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)、ΔT代表两端的温度差;ΔL则是两端的距离。因此,从公式我们就可以发现,热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比,同距离成反比。导热系数越高、热传递面积越大,传输的距离越短,那么热传导的能量就越高,也就越容易带走热量。然而大多数的铝基板绝缘层具有很小的热传导性甚至没有导热性,这样就使得热量不能从LED传导到铝基板,无法使整个散热通道畅通。由于铝基板中间有隔离铜与铝板的绝缘层,所以热阻大就是这一层绝缘材料。这层材料以前是环氧树脂做的,其导热系数约为0.2-0.5W/m.℃,而近来推出的纳米陶瓷绝缘层,导热系数约为0.8--1.2W/m.℃。我们在实际测试5W的LED射灯时,发现焊点温度与灯壳温度甚至达到10度以上,可见其导热性能之差



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