陶瓷基片在LED散热中的应用

LED是一种新型半导体器件,其发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光子，这过程不需要发出热量，但LED的发光需要电流驱动，输入LED的电能中，只有15%左右有效转化为光能所以LED发光过程中会产生热量，所以LED是一种会发热的冷光源。

　　LED灯具由于节电、环保、长寿命，而被公认为下一带照明技术，将取代现有的各种照明技术。但LED有80％之多的电能转化为热能， LED散热的问题，成了普及LED照明灯的瓶颈。随着LED功率的升高,热的特性对LED的影响越来越显著，不但会使器件寿命急剧衰减,还会严重影响LED的波长,功率,光通量等参数，制约着LED行业的发展。

　　一、铝基板存在的问题：

　　由于LED等功率型器件发热量大，普通的PCB板无法承受散热需要，而是焊接或胶黏在铝基板上。 铝基板是芯片的载体，是连接LED与散热器的桥梁，地位十分重要。目前大多数的主流LED灯具中都采用了铝基板。铝基板的结构分三层，由铜箔(电路载体)、导热绝缘层及铝板组成，铝基板上层为铜箔焊接器件用，下层为铝的基板起散热作用。绝缘层是一层薄的绝缘材料，用来绝缘铜与铝，其夹心绝缘层不仅要求其绝缘性好，而且还要导热性能好，目前采用的是环氧树脂或环氧玻璃布粘结片，热阻还是比较大。国内一般铝基板热阻为1.7°C/W-3°C/W左右，比较好的是掺有纳米陶瓷的导热铝基板，由于采用纳米技术导热，其热阻已能做到0.5°C/W，绝缘击穿电压大于3KV。

　　与PCB板相比，它具有良好的导热性、电气绝缘性。 所以目前在LED散热领域铝基板占领很大的一块市场，但随着对LED散热的需求增大，铝基板的缺陷也充分暴露出来，归纳为以下几点：

　　1、导热性能差：LED产生的热量是通过绝缘层传导到金属基板，再经过热界面材料传导到散热器，这样就能将LED所产生的绝大部分热量通过对流的方式扩散到周围的空气中。热传导的基本公式为Q=K×A×ΔT/ΔL，又称傅里叶公式。其中Q代表热量，也就是热传导所产生或传导的热量；K为材料的导热系数，导热系数类似比热，但是又与比热有一些差别，导热系数与比热成反比，导热系数越高，其比热的数值也就越低。举例说明，纯铜的热传导系数为396，而其比热则为0.39；公式中A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)、ΔT代表两端的温度差；ΔL则是两端的距离。因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。导热系数越高、热传递面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。然而大多数的铝基板绝缘层具有很小的热传导性甚至没有导热性，这样就使得热量不能从LED传导到铝基板，无法使整个散热通道畅通。由于铝基板中间有隔离铜与铝板的绝缘层，所以热阻大就是这一层绝缘材料。这层材料以前是环氧树脂做的，其导热系数约为0.2-0.5W/m.℃，而近来推出的纳米陶瓷绝缘层，导热系数约为0.8--1.2W/m.℃。我们在实际测试5W的LED射灯时，发现焊点温度与灯壳温度甚至达到10度以上，可见其导热性能之差