光宝(Lite-On)LTW-M670ZVS(3020)0.07W,20mA160
琉明斯30140.1W,30mA45
由表中可见,Cree公司的LED的热阻因为采用了碳化硅作基底,要比其他公司的热阻至少低一倍。大功率LED为了改进散热通常在基底下面再放一块可焊接的铜底板以便焊到散热器上去。这些热阻实际上都是在这个铜底板上测得的。
是不是碳化硅就是LED衬底的最佳选择呢,不是这样,任何事物都会有创新和发展的,最近***的钻石科技开发出了钻石岛外延片(DiamondIslandsWafer,DIW)做为生产超级LED的基材。这种LED的热阻可以低至<5°C/W。用它制成的超级LED可发出极强的紫外光,其强度不因高温而降低,反而会更亮。其结构图如图4所示。
图4.采用类钻碳(DiamondLikeCarbon,DLC)的镀膜可以大大改善LED的散热
图5.用DLC镀膜和铝结合可以比其它结构的LED有更好的散热特性
而且采用紫外线来激发各种荧光粉也可以得到所需要的各种颜色的LED。而且荧光粉不是采用和环氧树脂或硅胶混合的方法而是直接涂于芯片表面还可以避免由于环氧树脂和硅胶的老化而产生的光衰。
这将会使整个LED产生革命性变化。而且摆脱了日美等国的专利束缚。
三.集成LED的散热
现在有不少厂商把很多LED晶粒集成在一起以得到大功率的LED。这种LED的功率可以达到5W以上,大多以10W,25W,和50W的功率等级出现。为了把多个LED晶粒(以共晶(Eutectic)或覆晶(Flip-Chip)封装)连接在一起,因为这些晶粒极为精细,所以需要采用精确的印制电路进行连接。为了得到更好的散热特性,通常采用陶瓷基板。这种陶瓷基板是由氧化铝和氮化铝构成。各种材料的导热系数如下表所示。
材料导热系数 W/mK
FR4 (普通印制板的玻璃纤维)0.2
氧化铝17-27
氮化铝170-230
金315
银425
铜398
不论氮化铝还是氧化铝,它们都是一种绝缘的陶瓷材料,所以可以把印制电路做在上面。但是氮化铝具有高10倍的导热系数,所以现在更常用氮化铝。过去采用厚膜电路,但是其表面不平,电路边缘毛糙,而且需要800°C以上的烧结温度。现在大多采用薄膜电路,因为它只需要300度以下的工艺,表面平整度可以<0.3um,不会有氧化物生成,附着性好,电路精细,误差低于+/-1%。它实际上是采用照相刻蚀的方法来制作,采用氧化铝为基底的薄膜电路制备的具体过程如下:
图6.薄膜电路的制备过程
采用氮化铝的制作方法相同。
第二部分LED灯具的散热
前面讲的是LED芯片的散热,然而任何LED都会制成灯具,所以LED芯片所产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。如果散热不好,因为LED芯片的热容量很小,一点点热量的积累就会使得芯片的结温迅速提高,如果长时期工作在高结温的状态,它的寿命就会很快缩短。然而这些热量要能够真正引导出芯片到达外部空气,要经过很多途径。具体来说,LED芯片所产生的热,从它的金属散热块出来,先经过焊料到铝基板的PCB,再通过导热胶才到铝散热器。所以LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。现在先来看一下每一个环节的导热性能。
四.各种电路基板的导热
在把LED连接到散热器之前,首先要把它们焊接到电路中去,因为首先要把这些LED连接成几串几并,同时还要把他们和恒流源在电路上连接起来。最简单的办法是把它们直接焊接到普通印制板上去。对于一些很小功率的LED,例如LED指示灯的确是可以这样做的。但是对于大多数高亮度和高功率LED来说,普通玻璃纤维印制板的导热性能就显得太差了,而必须改成用铜基板或铝基板甚至陶瓷覆铜板。各种基板的性能如下:
基板类型特点
普通印制电路板技术成熟,具有Layout上的优势,散热性能差、尺寸大,只适合于低功率产品
柔性印制电路重量轻,可弯性,厚度薄, 热传导率约为:2~3W/mK
高导热系数铝基板印制板基底为铝板,热传导率约为1~2.2W/mK
陶瓷覆铜板DCB热传导率高,约200~800W/mK,制作困难,不易量产