一種新的LED燈具散熱結(jié)構(gòu)及原理分析

　　發(fā)光二極管(Light Emittin Diode，LED)作為新一代固態(tài)光源，具有壽命長(zhǎng)、高效節(jié)能、綠色環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到顯示!照明領(lǐng)域中隨著科技發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)不斷地應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)中，以使LED的發(fā)光效率不斷提升，成本持續(xù)下降。

　　LED的核心部分是PN結(jié)，注人的電子與空穴在PN結(jié)復(fù)合時(shí)把電能直接轉(zhuǎn)換為光能，但是并不是所有轉(zhuǎn)換的光能都?jí)虬l(fā)射到LED外，它會(huì)在PN結(jié)和環(huán)氧樹(shù)脂/硅膠內(nèi)部被吸收片轉(zhuǎn)化熱能這種熱能是對(duì)燈具產(chǎn)生巨大副作用，如果不能有效散熱，會(huì)使LED內(nèi)部溫度升高，溫度越高，LED的發(fā)光效率越低，且LED的壽命越短，嚴(yán)重情況下，會(huì)導(dǎo)致LED晶片立刻失效，所以散熱仍是大功率LED應(yīng)用的巨大障礙。

　　現(xiàn)有散熱技術(shù)

　　現(xiàn)有散熱技術(shù)如圖1所示：101為散熱鋁型材;102為導(dǎo)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L(zhǎng)ED底座，203為L(zhǎng)ED的PN結(jié)，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(jié)發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)LED底座一錫膏焊接層一敷銅層一絕緣層一鋁板一導(dǎo)熱硅膠墊片/硅脂一散熱鋁型材一散發(fā)于空氣中，這樣完成散熱過(guò)程。

圖1 現(xiàn)有LED燈具散熱結(jié)構(gòu)原理圖

　　LED底座導(dǎo)熱系數(shù)約為80W//mk；錫膏焊接層導(dǎo)熱系數(shù)大于60W/mk；敷銅層的導(dǎo)熱系數(shù)約為40OW/mk，鋁板和鋁型材的導(dǎo)熱系數(shù)約為200W/mk，絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)約為Iw/mk，導(dǎo)熱硅膠墊片/硅脂約為SW/mk，但是越靠近LED的PN結(jié)，熱流密度越高，且導(dǎo)熱硅膠片/硅脂已經(jīng)有鋁板橫向?qū)峋鶞亓耍@樣絕緣層的熱流密度要比導(dǎo)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(shù)

　　既然散熱瓶頸是鋁基板上的絕緣層，那么，對(duì)于熱電分離的LED來(lái)說(shuō)，就可以使用如下新的加工工藝處理鋁基板，大大增強(qiáng)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(wú)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(jīng)過(guò)反復(fù)的研究探討和加工驗(yàn)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(qiáng)，導(dǎo)熱性能好，經(jīng)過(guò)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(diǎn)擊圖片查看原圖）

　　焊接完成后，如圖3所示：LED的PN結(jié)發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)LED底座一錫膏焊接塊一鋁板一導(dǎo)熱硅膠墊片/硅脂一散熱鋁型材一散發(fā)于空氣中，去除了導(dǎo)熱系數(shù)非常小的絕緣層后，大大增強(qiáng)了。

圖3 新技術(shù)的LED燈具散熱結(jié)構(gòu)原理

表1 新舊工藝的LED燈具溫度對(duì)比表

散熱能力為了比較新工藝增強(qiáng)散熱的真實(shí)效果，我們分別使用新舊加工工藝制作兩款相同的型號(hào)的LED燈具，并在相同的條件測(cè)試LED燈具各點(diǎn)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(wěn)定和壽命。