led燈具散熱結(jié)構(gòu)及原理分析

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1、LED燈具散熱結(jié)構(gòu)及原理分析發(fā)光二極管(LightEmittin?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),注人的電子與空穴在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)射到LED外,它會(huì)在PN結(jié)和環(huán)氧樹脂/硅膠內(nèi)部被吸收片轉(zhuǎn)化熱能這種熱能是對(duì)燈具產(chǎn)生巨大副作用,如果不能有效散熱,會(huì)使LED內(nèi)部溫度升高,溫度越高,LED的發(fā)光效率越低,且

2、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。  現(xiàn)有散熱技術(shù)  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;103一106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201一204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LED焊接與鋁基板的敷銅層上如圖l黑色箭頭所示:LED的PN結(jié)發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)LED底座一錫膏焊接層一敷銅層一絕緣層一鋁板一導(dǎo)熱硅膠墊片/硅脂一散熱鋁型材一散

3、發(fā)于空氣中,這樣完成散熱過(guò)程。圖1?現(xiàn)有LED燈具散熱結(jié)構(gòu)原理圖  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Iw/mk,導(dǎo)熱硅膠墊片/硅脂約為SW/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,所以綜上所述,可以明顯看出散熱瓶頸在于鋁基板的絕緣層?! ED燈具散熱新技術(shù)  既然散熱瓶頸是鋁基板上的絕緣層,那么,對(duì)于

4、熱電分離的LED來(lái)說(shuō),就可以使用如下新的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:在鋁基板的原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金屬層經(jīng)過(guò)反復(fù)的研究探討和加工驗(yàn)證,采用如下的加工工藝: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。圖2?新的鋁基板加工工藝  焊接完成后,如圖3所示:LED的PN結(jié)發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)LED底座一錫膏焊接塊

5、一鋁板一導(dǎo)熱硅膠墊片/硅脂一散熱鋁型材一散發(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。圖3?新技術(shù)的LED燈具散熱結(jié)構(gòu)原理表1?新舊工藝的LED燈具溫度對(duì)比表  散熱能力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的型號(hào)的LED燈具,并在相同的條件測(cè)試LED燈具各點(diǎn)的溫度,記錄如表1從表1可以看出在新的加工工藝下,LED燈具中的LED底座的溫度明顯下降了4.6,起到了很好的散熱效果,能夠大大增加LED燈具的穩(wěn)定和壽命。

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