金属基板在车灯大功率LED导热过程中的应用

摘要：本文简单介绍了大功率LED的导热原理，重点分析了金属基板导热研究进展，概述了金属基板在大功率LED中的应用情况，并对大功率LED的发展前景进行了展望。

关键词：导热；大功率LED；金属基板

1、前言

随着21世纪的全球经济迅猛发展，人们对高质量生活需求的大幅度增长，碳中和战略意义深远，LED做为节能、环保照明，得到了人们广范应用，在LED，集成技术和微封装技术也在不断进步。

汽车大功率LED的前大灯已经成为主流

LED向小型化和大功率方向发展，这种趋势导致了在有限体积内产生了更多的热量，若散热不及时，过多积聚的热量将导致大功率LED工作温度升高，影响大功率LED的正常工作，严重时甚至会使大功率LED失效。

大功率LED温度每升高8℃，可靠性下降10%；温度升高80℃时的寿命只有温度升高50℃时的1/6。可见温度是影响大功率LED可靠性最重要的因素之一，这就需要在技术上采取措施限制大功率LED的温度升高。

超高导热铝基板、热电分离铜基板、热电分离铝基板是大功率LED的第一个导热承载体、光学支撑和电气性能连接体，对于提高大功率LED的光通量输出和寿命具有重要意义。

2、导热散热过程

LED热量传导过程：大功率LED → 锡膏 → 金属基板 → 导热硅子 → 散热器  → 风扇，完成一个导热散热过程。

图1 导热散热过程图

3、导热金属基板在大功率LED应用

3.1 超高导热铝、铜基板

超高导热铝、铜基板是通过超高导热绝缘层来将LED热量导到铝或铜基板上，导热系数分别是：2-12W/mk，因超高导热绝缘层是由树脂+氮化铝或氧化铝或氮化硼和其它填料配合组合而成，例：其中氮化硼导热系数是：200W/mk，但是氮化硼添加量不能超过40%，添加量超过40%时过高温会出现基板分层不良，使得超高导热铝、铜基板导热只有2-12W/mk，只能应用到中功率LED中做导热第一承载体使用。

图2 铝、铜基板结构图

3.2 热电分离铝基板

热电分离铝基板导热系数达到：200 W/mk，属于金属直接导热，热电分离铝基板制作是使用线路板蚀刻+层积叠压方式完成，线路层仍能保持电绝缘性，可以应该用到大功率LED中做导热第一承载体使用。

图3 热电分离铝基板结构图

3.3 热电分离铜基板

热电分离铜基板导热系数达到：400 W/mk，属于金属直接导热，热电分离铝基板制作是使用线路板蚀刻+层积叠压方式完成，线路层仍能保持电绝缘性，可以应该用到大功率LED中做导热第一承载体使用。

图4 热电分离铜基板结构图

3.4 热电分离铝基板和热电分离铜基板性能对比

有热电分离铝基板为什么还有热电分离铜基板？其实还是性能上有区别，如下表1，铜的导热系数是铝的导热系数2倍，导热系数越大导热速度越快，可以快速将大功率热量导出，铜基硬度更硬，在SMT高温情况下不易变形，变形后影响到基板与散热器之间的贴合，铜基比热容大于铝基，也就是说铜基热存储量大于铝基，金属基板做为LED第一承载体，先将热量传递到金属基板上，再通过金属基板传递到导热硅子上，导热硅子导热系数是3 W/mk ，其热传递速度慢，就需要金属基板有热存储能力，热存储越多LED的结温越低，所以一些大功率LED还是需要使用铜基板。

表1热电分离铝基板和热电分离铜基板性能对比

3.5 金属基板光学的支撑体

众多研究者得出：LED是面光源，需要通过光学透镜将LED光聚集导出，形成我们需要的照明光源，而金属基板做为光学透镜第一支撑点，需要LED中心到光学透镜中心公差是：+/-0.05-0.1mm，超出此偏差，会影响到光通量输出，所以金属基板钻孔精度也是重要。

图5 铝基板光学透镜支撑孔

图6 热电分离铜基板光学透镜支撑孔

4、结束语

当今，全球经济和科学技术飞速发展，LED领域也有着重大进展。随着LED功率越来越大，散热问题成为影响其使用的重要限制因素。金属基板做为LED导热和光学支撑、电气性能第一承载体，起着尤为关键的作用。为保障大功率LED运行稳定性、延长其使用寿命，开发系列针对导热、光学和电气性能集中的金属基板，来解决大功率LED导热和光学、电报性能集中问题。

本文由东莞市康纳电子科技有限公司刘岳峰投稿，作者：刘岳峰¹，杨双²，黄鹏¹

作者简介：

刘岳峰，东莞市康纳电子科技有限公司 技术销售。主要金属基板制造和研发、销售。

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原文始发于微信公众号（智能汽车俱乐部）：金属基板在车灯大功率LED导热过程中的应用