LED施工宝典：大功率LED的散热措施

1.大功率LED的散热路径

大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图1-18a所示为流明公司K2系列的内部结构、图1-18b所示为NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。

图1-17 QFN式封装

大功率LED是焊在印制电路板（PCB）上的，如图1-19所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图1-20所示，这是一种最简单的散热结构。

图1-18 大功率LED的结构

热是从温度高处向温度低处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。若LED的结温为T_J，环境空气的温度为T_A，散热垫底部的温度为T_c（T_J＞T_c＞T_A），散热路径如图1-21所示。

图1-19 LED与PCB焊接图

图1-20 双层敷铜层散热结构

图1-21 大功率LED散热路径图

在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。若管芯传导到散热垫底面的热阻为R_JC（LED的热阻）、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为R_CB、PCB传导到环境空气的热阻为R_BA，则从管芯的结温T_J传导到空气T_A的总热阻R_JA与各热阻关系为：

R_JA=R_JC+R_CB+R_BA各热阻的单位是℃/W。

我们可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。如果LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起，则R_CB=0，则上式可写成：

R_JA=R_JC+R_BA

2.大功率LED的散热机构(www.xing528.com)

大功率LED散热机构的形式可分为主动散热和被动散热两大类，见表1-6。

表1-6 大功率LED散热机构的形式

（续）

（续）

图1-22 均温板与热管传热方式比较

图1-23 LED回路热管散热方式

知识窗

LED的热性能

LED的发光原理是在半导体的禁带中，电子和空穴对的辐射复合。但是注入LED器件的电能中，仅有约15%的电子和空穴为辐射复合，发出光子，而大约85%的电能则转化为热能。LED的热性能直接影响其发光效率、波长、正向压降、反向击穿电流和器件的使用寿命等。传统的ϕ3mm和ϕ5mm的LED器件由于驱动电流小、发热少，热性能影响不显著。近年来，随着功率型LED器件的迅速发展，LED热性能的影响越来越明显，受到人们的普遍关注。

LED的热性能主要是指结温和热阻。结温是指PN结的温度，LED的热阻一般是指PN结到壳体表面之间的热阻。

LED的可靠性受温度的影响很大，使用温度高则故障率也高。其原因不在LED芯片本身，而是由于封装树脂或树脂罩，因温度越高老化越快所致。

LED没有白炽灯、荧光灯耐热，使用LED时需注意温度不宜过高，特别要注意的是在LED芯片的周边不能配置电阻等发热物体。若LED的温度超过了耐热温度，不仅光强迅速降低，而且还会发生芯片连接金线的断线，固定芯片的导电银胶的剥落等现象，甚至可能灭灯。如LED需在高温下使用时，应根据实际安装情况加以判断，并认真对待。