一種新的LED燈具散熱技術(shù)

1、一種新的LED燈具散熱技術(shù)A NewTechnology about Heat Dissipation on LEDLighting FittingsHUANG Shuo, WANG Ming-liang(Display Technology Division Shenzhen CoshipElectronics Co., Ltd.,Shenzhen Guangdong 518057, China): The heat dissipation has been the bottle-neck in the development of LEDlighting fittings for a lo

2、ng time. This article describes a new solution about heat dissipation. It is to drill on the Aluminium PCB and make sure the Aluminium material exposed. Then we cover this Aluminium PCB with metal plating, to solder LED onto the Aluminium material directly. This method increases the heat dissipation

3、 and extends the lifespan of LED lighting fittings.Keywords: drill; heat dissipation; LED lighting fittings引言發(fā)光二極管 (light emitting 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),注入的電子與空穴在 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)

4、射到 LED外，它會(huì)在PN結(jié)和環(huán)氧樹(shù)脂/硅膠內(nèi)部被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能。 這種熱能是致命的，因?yàn)椴荒苡行?，?huì)使LED內(nèi)部溫度升高， 溫度越高丄ED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。1現(xiàn)有LED燈具散熱結(jié)構(gòu)下面先介紹現(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;103106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;201204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LE

5、D焊接于鋁基板的敷銅層上。如圖1黑色箭頭所示丄ED的PN結(jié)發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)LED底座-錫膏焊接 層f敷銅層f絕緣層f鋁板f導(dǎo)熱硅膠墊片/硅脂散熱鋁型材散發(fā)于空氣中 , 這樣完成散熱過(guò)程。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 400W/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1W/mk,導(dǎo)熱硅膠墊片/ 硅脂約為5W/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?, 這樣絕緣層的熱流密 度要比導(dǎo)熱硅膠墊片 / 硅脂的熱流密度高很多 , 所以綜上分析可 以明顯看出

6、, 散熱瓶頸在于鋁基板的絕緣層。2 新的鋁基板加工工藝 既然知道了散熱瓶頸在鋁基板上的絕緣層 , 對(duì)于熱電分離 的LED來(lái)說(shuō),就可以使用如下揭示的新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的金屬層。經(jīng)過(guò) 反復(fù)研究探討和加工驗(yàn)證 , 采用如下加工工藝 : 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。焊接完成后，如圖3所示丄ED的PN結(jié)發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)LED 底座f錫膏焊接塊f鋁板f導(dǎo)熱硅膠墊片 /硅脂散熱鋁型材， 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 散熱能力。3 結(jié)論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型號(hào)的 LED燈具,并在