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

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱；大功率LED；金屬基板

1、前言

在21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下，人類對于高質(zhì)量生活的要求也在大幅提升，這具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)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(shù)、微封裝技術(shù)等方面都不斷取得進(jìn)展。

LED正朝著小型化、大功率的方向邁進(jìn)，這一趨勢使得有限的體積內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較多熱量，如果散熱不當(dāng)，過多聚集的熱量會(huì)使大功率LED運(yùn)行溫度提高，影響大功率LED正常運(yùn)行，嚴(yán)重者可導(dǎo)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(shí)的壽命僅為溫度升高50°C時(shí)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(shù)上采取措施對大功率LED進(jìn)行溫度控制。

超高導(dǎo)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(dǎo)熱承載體，光學(xué)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(dǎo)熱散熱過程

LED熱量傳導(dǎo)過程：大功率LED → 錫膏 → 金屬基板 → 導(dǎo)熱硅子 → 散熱器 → 風(fēng)扇，完成一個(gè)導(dǎo)熱散熱過程。

圖1 導(dǎo)熱散熱過程圖

3、導(dǎo)熱金屬基板在大功率LED應(yīng)用

1.超高導(dǎo)熱鋁、銅基板

超高導(dǎo)熱鋁和銅基板通過超高導(dǎo)熱絕緣層將LED的熱量傳導(dǎo)給鋁或者銅基板，導(dǎo)熱系數(shù)為:2-12W·mk，由于超高導(dǎo)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(fù)合而成，舉例如下：式中氮化硼的導(dǎo)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(shí)過高溫會(huì)出現(xiàn)基板分層不良，使得超高導(dǎo)熱鋁、銅基板導(dǎo)熱只有2-12W/mk，只能應(yīng)用到中功率LED中做導(dǎo)熱第一承載體使用。

圖2 鋁、銅基板結(jié)構(gòu)圖

2.熱電分離鋁基板

熱電分離鋁基板導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到:200 W/mk,屬于金屬直接導(dǎo)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(yīng)用于大功率LED作為導(dǎo)熱的第一承載體。

圖3 熱電分離鋁基板結(jié)構(gòu)圖

3.熱電分離銅基板

熱電分離鋁基板導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到:200 W/mk,屬于金屬直接導(dǎo)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(yīng)用于大功率LED作為導(dǎo)熱的第一承載體。

圖4 熱電分離銅基板結(jié)構(gòu)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(shí)際應(yīng)用中仍存在著性能差異，見表1.銅比鋁導(dǎo)熱系數(shù)大一倍，導(dǎo)熱系數(shù)越大，導(dǎo)熱速度就越大，能迅速輸出大功率熱量，銅基的硬度較堅(jiān)硬,SMT溫度較高時(shí)不容易發(fā)生形變，形變后會(huì)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(chǔ)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(dǎo)熱量，然后經(jīng)金屬基板傳導(dǎo)至導(dǎo)熱硅子，導(dǎo)熱硅子導(dǎo)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(chǔ)能力，熱存儲(chǔ)越多LED的結(jié)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(xué)的支撐體

許多研究人員認(rèn)為:LED作為面光源需要經(jīng)過光學(xué)透鏡把LED光匯聚并輸出，從而構(gòu)成我們所需照明光源，金屬基板作為光學(xué)透鏡的第一個(gè)支撐點(diǎn)，要求LED中心與光學(xué)透鏡中心的公差為:+/-0.05-0.1mm.超過這個(gè)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(xué)透鏡支撐孔

圖6 熱電分離銅基板光學(xué)透鏡支撐孔

4、結(jié)束語

在全球經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,LED領(lǐng)域取得了重大的進(jìn)步。隨著LED功率的不斷提高，散熱問題已成為制約其應(yīng)用的一個(gè)重要因素。金屬基板作為LED導(dǎo)熱及光學(xué)支撐，電氣性能的第一承載體發(fā)揮著特別關(guān)鍵的功能。為保障大功率LED運(yùn)行穩(wěn)定性、延長其使用壽命，開發(fā)系列針對導(dǎo)熱、光學(xué)和電氣性能集中的金屬基板，來解決大功率LED導(dǎo)熱和光學(xué)、電報(bào)性能集中問題。