如何改善LED散热性能

因为散热装置与印刷电路板之间的细致精密性直接左右导热效果，因为这个印刷电路板的预设变得十分复杂。

为了减低热阻抗，很多海外LED厂商将LED芯片设置在铜与瓷陶材料制成的散热装置（heat sink）外表，继续再用烧焊形式将印刷电路板的散热用导线连署到利用冷却风扇强迫空冷的散热装置上。因为东芝Lighting领有浩博的试着制做经验，因为这个该企业表达因为摹拟剖析技术的进步提高，2006年在这以后超过60lm/W的白光LED，都可以轻松利用灯具、框体增长导热性，或是利用冷却风扇强迫空冷形式预设照明设施的散热，不必特别散热技术的板块结构也能够运用白光LED。

Lumileds于2005年着手制作的高功率LED芯片，结合容许温度更高达+185℃，比其他企业同级产品高60℃，利用传统RF 4印刷电路板封装时，四周围背景温度40℃范围内可以输入相当于1.5W电力的电流（约是400mA）。这也是LED厂商完全一样认为合适而使用瓷陶系与金属系封装材料主要端由。纵然封装技术准许高卡路里，然而LED芯片的结合温度却可能超过容许值，最终业者终于了悟到解决封装的散热问题才是根本办法。

三种主流LED封装散热结构

LED封装光源的散热问题，一直是LED产品开发中遇到非常重要的问题，特别是散热材料的选用，一直是工程师的难题。因为产品材料的导热性能就非常之关键。

就目前而言，陶瓷材料是导热性能非常好的材料，它有导热率高，良好的物量性能（不不收缩，不变形），良好的绝缘性能与导热性能。因此，采用陶瓷材料将是未来LED产品开发的主流趋势！

下面对几种LED封装常用材料的相关参数、性质及结构进行了对比。并图解了LED封装常用陶瓷支架的生产原理。

LED封装常用材料相关参数对比图

从提供的资料看，所用的陶瓷材料是三氧化二铝，我认为用它替代铜，简直是技术倒退！除非你打算让LED的芯片工作到150度以上的温度。大家实测一下图中第一和第二种结构芯片的温度就知道那种陶瓷的不好了。

大家要明白，电子工业中采用所谓“导热陶瓷”（实际导热远不如铜、铝等金属）的目的是什么。并非是它导热比常用的导热金属的导热能力强，而是在于陶瓷的绝缘性能和低的膨胀系数。当这两项参数不是问题时，使用陶瓷绝对无益。导热好的陶瓷导热性能不如铜，与铝相当，价格高，加工难，脆性大，不抗震动。

提示一下，有兴趣的可以去看看下面几种材料的性能再回来看这个帖子。氧化铝、氧化铍、氮化铝、纯铜、纯铝、散热用的几种合金铝、铝基板及铝基板的绝缘层，等等。好好学习一下这些材料的物理特性，再了解一下它们的价格。

LED热隔离封装技术及对光电性能的改善

在传统的白光LED封装结构中，荧光粉直接涂覆于芯片上面，工作时，芯片释放的热量直接加载在荧光粉上面，导致了荧光粉的温升，使得荧光粉在高温下转化效率降低。而在荧光粉与芯片之间引入一层低导热的热隔离层能够有效的阻止芯片的热量直接加载到荧光粉上，降低了荧光粉层温度，使得白光LED在大电流注入下都能保持较高的流明效率。除了芯片释放的热量之外，涂覆的荧光粉受蓝光激发时，因荧光粉的转化效率尚未达到100%，另外由于散射等其它损耗的存在，荧光粉颗粒本身也会有少量的热量释放，容易形成局域热量累积，为此当荧光粉材料转化效率较低时，还需为荧光粉提供散热通道，防止荧光粉颗粒局域热的生成。下面通过传统荧光粉涂覆方式和热隔离封装方式两组实验对比了解两种结构中芯片和荧光粉的热相互作用。

1.LED芯片对荧光粉的加热

为了*价LED芯片对荧光粉热性能方面的影响，我们制作了两组白光LED封装结构，一组采用传统的荧光粉涂覆方式，另一组采用热隔离的荧光粉涂覆方式，图1是该热隔离封装结构的剖面制样图。

图1 传统白光LED横截面图示(a)荧光粉热隔离封装结构(b)，h=1mm

荧光粉热隔离封装结构是通过荧光粉覆膜的方式实现的。荧光粉覆膜技术是我们提出的一种新型荧光粉涂覆方法，即根据出光要求设计好荧光粉膜层的结构，在专用模具内完成荧光粉膜层的成型，剥离后，将荧光粉膜层转移到LED芯片上方，同时LED芯片和荧光粉膜层中间还有一层低导热系数的硅胶层。为了表明两种封装结构热性能上的差别，我们比较了两种封装结构表面的温度分布图。图2是两种封装结构在200、350和500mA直流驱动下表面IR Camera测得温度径向分布。在200 mA驱动电流下时，热隔离封装结构比传统封装方式中心温度低1.6℃。在350mA和500mA注入电流下时，荧光粉层的温差分别达到了8.5℃和16.8℃，并且在500mA注入电流下时，传统结构荧光粉的表层最高温度已经达到130.2℃。另外，热隔离封装结构整个荧光粉表层的温度都很均匀，而传统结构中荧光粉中心温度较高，在大电流时尤为明显。

我们通过有限元模拟来分析封装结构中的参数变化对白光LED性能的影响。结果表明，可以通过封装结构设计及封装材料热导率调整来调控荧光粉层的温度。图3是LED热隔离封装结构中的温度纵向分布，荧光粉层的温度通过引入的热隔离硅胶层大大降低了。