一種新的LED燈具散熱結構及原理分析

　　發光二極管(Light Emittin Diode，LED)作為新一代固態光源，具有壽命長、高效節能、綠色環保等眾多優點，被廣泛地應用到顯示!照明領域中隨著科技發展，先進技術不斷地應用于半導體生產中，以使LED的發光效率不斷提升，成本持續下降。

　　LED的核心部分是PN結，注人的電子與空穴在PN結復合時把電能直接轉換為光能，但是并不是所有轉換的光能都夠發射到LED外，它會在PN結和環氧樹脂/硅膠內部被吸收片轉化熱能這種熱能是對燈具產生巨大副作用，如果不能有效散熱，會使LED內部溫度升高，溫度越高，LED的發光效率越低，且LED的壽命越短，嚴重情況下，會導致LED晶片立刻失效，所以散熱仍是大功率LED應用的巨大障礙。

　　現有散熱技術

　　現有散熱技術如圖1所示：101為散熱鋁型材;102為導熱硅膠墊片/硅脂;103一106組成鋁基板，其中103為鋁板，104為絕緣層，105為敷銅層，106為阻焊層201一204組成LED燈，其中201為電極，202為LED底座，203為LED的PN結，204為硅膠，然后使用錫膏將LED焊接與鋁基板的敷銅層上如圖l黑色箭頭所示：LED的PN結發出的熱量經過LED底座一錫膏焊接層一敷銅層一絕緣層一鋁板一導熱硅膠墊片/硅脂一散熱鋁型材一散發于空氣中，這樣完成散熱過程。

圖1 現有LED燈具散熱結構原理圖

　　LED底座導熱系數約為80W//mk；錫膏焊接層導熱系數大于60W/mk；敷銅層的導熱系數約為40OW/mk，鋁板和鋁型材的導熱系數約為200W/mk，絕緣層的導熱系數約為Iw/mk，導熱硅膠墊片/硅脂約為SW/mk，但是越靠近LED的PN結，熱流密度越高，且導熱硅膠片/硅脂已經有鋁板橫向導熱均溫了，這樣絕緣層的熱流密度要比導熱硅膠墊片/硅脂的熱流密度高很多，所以綜上所述，可以明顯看出散熱瓶頸在于鋁基板的絕緣層。

　　LED燈具散熱新技術

　　既然散熱瓶頸是鋁基板上的絕緣層，那么，對于熱電分離的LED來說，就可以使用如下新的加工工藝處理鋁基板，大大增強LED燈具散熱能力如圖2所示：在鋁基板的原LED底座下的位置，鉆孔去掉敷銅層和絕緣層，裸露出鋁板，但是鋁是無法直接焊錫的，還需要在裸露的鋁板上鍍上能夠焊錫金屬層經過反復的研究探討和加工驗證，采用如下的加工工藝：首先在裸露的鋁板上沉鋅，再在鋅面上鍍鎳，然后在鎳上鍍銅，最后在銅上噴錫或沉金采用以上加工順序加工的鍍層附著力強，導熱性能好，經過以上鍍層工藝后就可以把LED焊接在鋁板上了。

圖2 新的鋁基板加工工藝（點擊圖片查看原圖）

　　焊接完成后，如圖3所示：LED的PN結發出的熱量經過LED底座一錫膏焊接塊一鋁板一導熱硅膠墊片/硅脂一散熱鋁型材一散發于空氣中，去除了導熱系數非常小的絕緣層后，大大增強了。

圖3 新技術的LED燈具散熱結構原理

表1 新舊工藝的LED燈具溫度對比表

散熱能力為了比較新工藝增強散熱的真實效果，我們分別使用新舊加工工藝制作兩款相同的型號的LED燈具，并在相同的條件測試LED燈具各點的溫度，記錄如表1從表1可以看出在新的加工工藝下，LED燈具中的LED底座的溫度明顯下降了4.6，起到了很好的散熱效果，能夠大大增加LED燈具的穩定和壽命。