利用全新的陶瓷方法簡化LED散熱設計

LED的散熱問題將是限制它未來能否在市場上取得更大成功的主要因素。目前業界的很多研究都集中在散熱器上，但對LED和散熱表面之間的隔層研究較少。 不過，只要我們在設計思路和材料使用上做出一些改變，我們就不僅可以顯著提高熱管理性能和可靠性，而且還可以得到一個更簡化的系統。使用陶瓷作為散熱器、電路載體和產品設計的一個部分，要求我們有一些全新的思考模式和意愿，來戰勝傳統的設計模式。

基于計算流體力學(CFD)的仿真過程支持熱優化和產品技術設計。本文將闡述理論根據、概念驗證、以及如何最終用陶瓷散熱器實現這些改進。

眾所周知，LED的發光效率很高，而且還因為體積很小而深受設計師偏愛。但只有當不考慮散熱管理時，它們才真的“很小”。雖然與白熾燈光源高達2500℃的工作溫度相比，LED光源溫度要低得多。因此，很多設計師最終認識到，散熱是一個大問題。盡管LED也產生熱量，但它相對來說不是很高，因此散熱對LED本身來說還不是一個問題。不過，驅動LED工作的半導體器件允許的工作溫度低于100℃。

根據能量守恒定律，熱能必須轉移到周圍區域。LED只能使用100℃熱點和25℃環境溫度之間的一個很小的溫度間隙，因此只提供75 Kelvin。其結果是，需要使用一個較大的表面和powerful散熱管理。

兩個優化塊見圖1，Group 1是LED，它基本上是不能觸摸的。它的中心部位是一個裸片和一個散熱銅金屬塊，用于連接裸片與LED的底部。從散熱的角度看，理想的解決辦法是將裸片直接邦定到散熱器上。但從大批量生產的角度來看，這一想法在商業上是不現實的。我們將LED看作是一個標準化的不能修改的“目錄”的產品。它是一個黑盒子。

圖1：兩個優化模塊

Group 2包含了散熱器，它將熱源的能量傳遞到空氣中。通常情況下，周圍的空氣是自由或強制對流。散熱材料越不美觀，它就越需要被隱藏起來。但你隱藏的越多，冷卻的效率也越低。與之相反，可以使用美觀和高價值的材料。這些散熱材料直接暴露在空氣中，并成為看得見的產品設計的一部分。

在Groups 1和Groups 2之間的是Groups 3，它提供機械連接、電氣絕緣和熱傳遞。這似乎是矛盾的，因為大多數材料同時具有良好的導熱和導電性。反之亦然，幾乎每一個電氣絕緣材料也是熱障材料。

最好的折衷辦法是將LED焊接在PCB板上，PCB再用膠水粘合到金屬散熱器上。這樣PCB作為電路板的初始功能就可以得到維持。雖然PCB存在許多不