摘要：文章簡要介紹大功率LED導熱原理，著重分析金屬基板導熱的研究進展，綜述金屬基板導熱在大功率LED導熱領域的應用現(xiàn)狀，展望大功率LED導熱的未來。

關鍵詞：導熱；大功率LED；金屬基板

1、前言

在21世紀全球經(jīng)濟快速發(fā)展的大背景下，人類對于高質量生活的要求也在大幅提升，這具有深遠的現(xiàn)實意義與戰(zhàn)略意義,LED作為一種節(jié)能環(huán)保的照明，被人們所廣范使用的LED、集成技術、微封裝技術等方面都不斷取得進展。

LED正朝著小型化、大功率的方向邁進，這一趨勢使得有限的體積內會產(chǎn)生較多熱量，如果散熱不當，過多聚集的熱量會使大功率LED運行溫度提高，影響大功率LED正常運行，嚴重者可導致大功率LED故障。

大功率LED的溫度每升8°C可靠性降低10%；溫度升高80°C時的壽命僅為溫度升高50°C時的1/6。由此可見，溫度對大功率LED可靠性的影響最為顯著，必須從技術上采取措施對大功率LED進行溫度控制。

超高導熱鋁基板，熱電分離銅基板，熱電分離鋁基板為大功率LED首件導熱承載體，光學支撐與電氣性能連接體，這對改善大功率LED輸出光通量，延長壽命有著重要的意義。

2、導熱散熱過程

LED熱量傳導過程：大功率LED → 錫膏 → 金屬基板 → 導熱硅子 → 散熱器 → 風扇，完成一個導熱散熱過程。

圖1 導熱散熱過程圖

3、導熱金屬基板在大功率LED應用

1.超高導熱鋁、銅基板

超高導熱鋁和銅基板通過超高導熱絕緣層將LED的熱量傳導給鋁或者銅基板，導熱系數(shù)為:2-12W·mk，由于超高導熱絕緣層采用樹脂加氮化鋁或者氧化鋁或者氮化硼等填料協(xié)同復合而成，舉例如下：式中氮化硼的導熱系數(shù)為:200W/mk，但是氮化硼添加量不能超過40%，添加量超過40%時過高溫會出現(xiàn)基板分層不良，使得超高導熱鋁、銅基板導熱只有2-12W/mk，只能應用到中功率LED中做導熱第一承載體使用。

圖2 鋁、銅基板結構圖

2.熱電分離鋁基板

熱電分離鋁基板導熱系數(shù)達到:200 W/mk,屬于金屬直接導熱，熱電分離鋁基板制作是使用線路板蝕刻+層積疊壓方式完成，線路層仍然能夠保持電絕緣性并可應用于大功率LED作為導熱的第一承載體。

圖3 熱電分離鋁基板結構圖

3.熱電分離銅基板

熱電分離鋁基板導熱系數(shù)達到:200 W/mk,屬于金屬直接導熱，熱電分離鋁基板制作是使用線路板蝕刻+層積疊壓方式完成，線路層仍然能夠保持電絕緣性并可應用于大功率LED作為導熱的第一承載體。

圖4 熱電分離銅基板結構圖

4.熱電分離鋁基板和熱電分離銅基板性能對比

為什么有熱電分離鋁基板也有熱電分離銅基板？在實際應用中仍存在著性能差異，見表1.銅比鋁導熱系數(shù)大一倍，導熱系數(shù)越大，導熱速度就越大，能迅速輸出大功率熱量，銅基的硬度較堅硬,SMT溫度較高時不容易發(fā)生形變，形變后會影響基板和散熱器的粘貼，銅基的比熱容要比鋁基大，即銅基的熱存儲量要比鋁基大，金屬基板作為LED的第一承載體首先向金屬基板傳導熱量，然后經(jīng)金屬基板傳導至導熱硅子，導熱硅子導熱系數(shù)是3 W/mk ，其熱傳遞速度慢，就需要金屬基板有熱存儲能力，熱存儲越多LED的結溫越低，所以一些大功率LED還是需要使用銅基板。

5.金屬基板光學的支撐體

許多研究人員認為:LED作為面光源需要經(jīng)過光學透鏡把LED光匯聚并輸出，從而構成我們所需照明光源，金屬基板作為光學透鏡的第一個支撐點，要求LED中心與光學透鏡中心的公差為:+/-0.05-0.1mm.超過這個偏差將影響光通量的輸出，因此金屬基板鉆孔的精度也很重要。

圖5 鋁基板光學透鏡支撐孔

圖6 熱電分離銅基板光學透鏡支撐孔

4、結束語

在全球經(jīng)濟與科學技術迅猛發(fā)展的今天,LED領域取得了重大的進步。隨著LED功率的不斷提高，散熱問題已成為制約其應用的一個重要因素。金屬基板作為LED導熱及光學支撐，電氣性能的第一承載體發(fā)揮著特別關鍵的功能。為保障大功率LED運行穩(wěn)定性、延長其使用壽命，開發(fā)系列針對導熱、光學和電氣性能集中的金屬基板，來解決大功率LED導熱和光學、電報性能集中問題。