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浅谈LED街灯风扇以外的新散热解决方案

2012-05-25 10:30
棒棒书香
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  受限于技术,LED目前的转换效率仍然不令人满意,也就是说有一部分的电能会转换成热能,因而散热问题是LED照明面临的重要挑战。尤其LED发光热能是集中于小范围,因此在电力输入功率较大的路灯应用中,LED接口温度相当高,再加上路灯为长时间持续工作,热能的产生更为可观,因此若散热模块不能有效散热,LED街灯便会出现严重的光衰现象,导致使用寿命大幅缩短。随着中国大陆近年力推“十城万盏”半导体照明应用工程政策,LED街灯装设数量迅速增多,LED街灯光衰问题更为突显。

  LED光衰现象和散热效能息息相关,为有效达成散热目的,相关业者纷纷循各种途径寻求解决之道。就整体的散热设计来看,散热基板材料与LED晶粒封装方式极为关键。首先,LED散热基板的运作方式为利用散热基板材料本身的热传导性,将热源从LED导出,而从LED散热途径来看,又可将LED散热基板细分为LED晶粒基板与系统电路板两大类,此两种散热基板分别承载着LED晶粒与LED芯片。其中,LED晶粒基板主要是作为将LED晶粒的热能传导至系统电路板的的媒介;系统电路板则是负责将热能传导至散热鳍片、外壳或大气中的材料。

  慎选散热基板材质及导热胶

  在系统电路板散热这个部分,早期LED产品的系统电路板多以PCB为主,但随着LED街灯应用等高功率LED需求的增加,PCB材料的散热能力不足以应付,因此业界已发展出高热导系数铝基板(MCPCB),主要是利用金属材料散热较佳的特性达到高功率产品散热的目的。

  除了散热基板的材料需要注意外,铝基板黏合使用的导热胶也必须慎选。冠品化学研发部副总经理叶圣伟博士指出,部分厂商以为导热胶膜或导热胶垫越厚越好,却忽略越厚则热阻越大。再者,导热胶膜或软质导热垫片并无法与基板真正密合,存在于贴合面的许多孔隙是另一种形式的热阻质。综合这些因素,散热导热的效率将有所降低,需用对导热胶才能降低热阻。

  网印施工的软陶瓷导热胶为软质半液态,在网印机刮刀涂布于铝基板时,导热粒子会渗入基板表面的孔隙并予以填满,进而形成完全平整且无孔隙的平面,与LED晶粒载板黏合时会完全密合,如此就能减少热阻,热度可迅速被传导出去,LED晶粒环境温度随之降低,LED街灯的光衰现象自然得以延缓发生。他并强调,网印施工的软陶瓷导热胶具有延展性,在高温烘烤或回焊时,会随着铝基板的热胀冷缩一起变化,应力非常小,因此不会造成铝基板弯曲,甚至是爆板。

  尽管系统电路板能将LED芯片所产生的热有效散热至大气环境,但是首先是LED晶粒所产生的热能必需有效的从晶粒传导至系统电路板,否则,随着LED功率的提升,整体LED的散热瓶颈将出现在LED晶粒散热基板。目前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板为主,依线路备制方法不同略可区分为厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷,以及薄膜陶瓷基板三种,其中薄膜陶瓷基板为相对较新的技术,可有效满足倒装片(FlipChip)封装方式所要求的布线精确度与烧结收缩比例问题。
 

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