给力LED:征服LED之不得不看的重要概念(二)

2011-11-02 16:45

　　散热（thermal design）

　　LED由于发光部较小，为局部热源，因此必须充分考虑对该部分的散热对策。LED亮度和寿命受温度影响会发生大幅变化，因此如果散热设计不完善，就无法获得期望的特性。LED的温度上升，正向电压就会降低，不但会导致发光效率恶化，还会缩短寿命。照明器具和汽车车灯采用多个白色LED，使用了手机背照灯数百倍的光通量。为了增大电流，亮度越亮，就越需要采取各种散热对策。温度容易升高的高功率产品，其封装也需要采用具有耐热性的贵重材料，因此还会导致成本增加。也就是说，散热是关系到效率、成本和寿命等多个方面的重要因素。

　　LED散热主要是根据热传导原理传递热量。因此，其构造为通过向多种材料传递热量，逐步扩大受热面积，最终向空气中散热。传递途中存在多种固体材料，材料间存在接触部分。由于固体与固体的接触面上存在的微小凹凸以及面的弯曲等，中间会产生缝隙，导致出现热阻现象。如何抑制热阻现象的出现是提高LED整体导热性的关键。

　　热传导材料方面，具有热扩散作用的材料尤为重要。充分利用将点的发热扩大到面的材料，使元件整体保持均匀的温度。简而言之，热源与其周边几乎没有温差的状态是LED构造中最为理想的。

　　芯片→封装→印刷底板巧妙散发热量

　　要提高使用LED的产品的散热性，必须将受电力输入影响而温度上升的LED芯片的热量充分导出。为此，①在降低从芯片到封装的热阻的基础上，还要②降低从封装至印刷布线底板的热阻，③为了散发印刷布线底板的热量，最后还要准备一条将芯片热量顺利散发到空气中的通道。

利用散热片和散热管防止LED灯过热

　　丰田汽车的“雷克萨斯 LS600h”上配备的LED前照灯为了防止白色LED灯过热，在各灯的背面设置了散热片（a）。为了能更有效地散热，还设置了散热管，预防灯壳过热（b）。通过这些措施，即使不使用基于冷却扇的强制空冷，也可为白色LED灯散热。

　　随着高输出功率封装的采用不断增加，近来，LED照明器具大多在印刷底板中使用金属底板。不过，即便是金属底板，确保充分散热还是越来越困难。对此，散热性高的新构造底板方案被提了出来。

　　例如，电气化学工业研究的“AGSP底板”采用在热传导较高的绝缘树脂中嵌入Cu突起，将LED的热量经由Cu突起散发到安装面的另一侧。如果让散热片和外壳能够接触，即可实现有效散热。该公司表示，如果是相当于40W白炽灯的LED，采用金属底板即可充分散热，但如果安装的是相当于100W白炽灯的LED，还是AGSP底板更有效。Cu突起的直径相对于LED芯片可实现足够大的4mm左右。

散热性优异的AGSP底板

　　由电气化学工业与大和工业开发。右为安装LED封装的示例。经由Cu突起将LED元件的热量散发到底板里侧。

　　此外，作为高输出功率LED用底板，还有在热传导率较高的AlN板上印刷Ag膏的陶瓷底板。