一种新的LED灯具散热结构及原理分析

　　发光二极管(Light Emittin Diode，LED)作为新一代固态光源，具有寿命长、高效节能、绿色环保等众多优点，被广泛地应用到显示!照明领域中随着科技发展，先进技术不断地应用于半导体生产中，以使LED的发光效率不断提升，成本持续下降。

　　LED的核心部分是PN结，注人的电子与空穴在PN结复合时把电能直接转换为光能，但是并不是所有转换的光能都够发射到LED外，它会在PN结和环氧树脂/硅胶内部被吸收片转化热能这种热能是对灯具产生巨大副作用，如果不能有效散热，会使LED内部温度升高，温度越高，LED的发光效率越低，且LED的寿命越短，严重情况下，会导致LED晶片立刻失效，所以散热仍是大功率LED应用的巨大障碍。

　　现有散热技术

　　现有散热技术如图1所示：101为散热铝型材;102为导热硅胶垫片/硅脂;103一106组成铝基板，其中103为铝板，104为绝缘层，105为敷铜层，106为阻焊层201一204组成LED灯，其中201为电极，202为LED底座，203为LED的PN结，204为硅胶，然后使用锡膏将LED焊接与铝基板的敷铜层上如图l黑色箭头所示：LED的PN结发出的热量经过LED底座一锡膏焊接层一敷铜层一绝缘层一铝板一导热硅胶垫片/硅脂一散热铝型材一散发于空气中，这样完成散热过程。

图1  现有LED灯具散热结构原理图

　　LED底座导热系数约为80W//mk；锡膏焊接层导热系数大于60W/mk；敷铜层的导热系数约为40OW/mk，铝板和铝型材的导热系数约为200W/mk，绝缘层的导热系数约为Iw/mk，导热硅胶垫片/硅脂约为SW/mk，但是越靠近LED的PN结，热流密度越高，且导热硅胶片/硅脂已经有铝板横向导热均温了，这样绝缘层的热流密度要比导热硅胶垫片/硅脂的热流密度高很多，所以综上所述，可以明显看出散热瓶颈在于铝基板的绝缘层。

　　LED灯具散热新技术

　　既然散热瓶颈是铝基板上的绝缘层，那么，对于热电分离的LED来说，就可以使用如下新的加工工艺处理铝基板，大大增强LED灯具散热能力如图2所示：在铝基板的原LED底座下的位置，钻孔去掉敷铜层和绝缘层，裸露出铝板，但是铝是无法直接焊锡的，还需要在裸露的铝板上镀上能够焊锡金属层经过反复的研究探讨和加工验证，采用如下的加工工艺：首先在裸露的铝板上沉锌，再在锌面上镀镍，然后在镍上镀铜，最后在铜上喷锡或沉金采用以上加工顺序加工的镀层附着力强，导热性能好，经过以上镀层工艺后就可以把LED焊接在铝板上了。

图2  新的铝基板加工工艺（点击图片查看原图）

　　焊接完成后，如图3所示：LED的PN结发出的热量经过LED底座一锡膏焊接块一铝板一导热硅胶垫片/硅脂一散热铝型材一散发于空气中，去除了导热系数非常小的绝缘层后，大大增强了。

图3  新技术的LED灯具散热结构原理

表1  新旧工艺的LED灯具温度对比表

        散热能力为了比较新工艺增强散热的真实效果，我们分别使用新旧加工工艺制作两款相同的型号的LED灯具，并在相同的条件测试LED灯具各点的温度，记录如表1从表1可以看出在新的加工工艺下，LED灯具中的LED底座的温度明显下降了4.6，起到了很好的散热效果，能够大大增加LED灯具的稳定和寿命。