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【导热硅脂的应用】大功率LED利用导热硅脂的散热结构和原理解析

2022.07.19 09:35:30   Clicks

要了解LED利用导热硅脂散热的原因,首先我们要了解LED的构造。因为LED灯具的核心部位是PN结(采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结)而光能在PN结和环氧树脂/硅胶内部被吸收片转化热能,这种热量是对灯具产生巨大副作用,会使得LED灯具内部温度越来越高,亮度越来越低,寿命越来越短,所以良好的散热是LED灯具保持恒亮和延长寿命的保证。



大功率LED利用导热硅脂的散热结构和原理解析



接下来介绍一下大功率LED封装结构 :


    LED路灯结构示意图

大功率LED节能类利导热硅脂的散热结构和原理解析


因为大家对LED光源的要求越来越高,除了对LED出光率、光色有着不同程度的要求之外,还对发光强度等方面也有不同的要求,为了满足客户需求,为了提高封装工艺,那么各芯片厂家对封装厂也提出了更高的要求,设计出更能满足客户需求的封装结构,从而提高LED外部的光利用率。


不同应用领域对LED光源提出更高要求, 除了对LED出光效率、光色有不同的要求, 而且对出光角度、光强分布有不同的要求。这不但需要上游芯片厂开发新半导体材料, 提高芯片制作工艺, 设计出满足要求的芯片, 而且对下游封装厂提出更高要求, 设计出满足一定光强分布的封装结构, 提高LED外部的光利用率。 


现有的散热技术由以下几个部分组成:散热铝型材, 导热硅胶片或者导热硅脂, 导热陶瓷片、绝缘矽胶片LED灯组成部分,电极,LED底座,LED的PN结。


导热硅胶其散热过程是:从LED的PN结发出来的热源经过LED底座到锡膏焊接层再到敷铜层,透过绝缘层到散热铝板再到导热硅胶片或者是导热硅脂,再将热量传导至散热铝板上散发出去,这样整个的散热环节就完成了。


简灯结构示意图


2.png


一般来说,LED灯的底座的导热系数约为80W/m.k;敷铜层的导热系数为400W/m.k, 铝板的系为大概为:Iw/m.k,LED灯具导热硅胶垫片或者导热硅脂的导热系为一般在0.8~5.0W/m.k,越靠近LED的PN结,热流密度就越高,这样,且导热硅胶片/导热硅脂已经有铝板横向导热均温了,绝缘层的热流密度高出导热硅脂的热流密度,从而可以看出散热的最困难的是铝板的绝缘层。


既然散热最困难的是铝板上的绝缘层,那么就把敷铜层和绝缘层钻孔去掉,这样就可以将铝基板露出来,再在裸露的铝板上沉锌,再在锌面上镀镍,然后在镍上镀铜,然后再在铜上喷锡或者沉金,这样经过加工,镀层附着力强,导热好,经过镀层工艺后再把LED焊接到铝板上。焊接完成后, LED的PN结发出的热量经过LED底座到锡膏焊接块再到铝板再经过LED灯具导热硅胶垫片或者导热硅脂将热量传导到散热铝型材再散发于空气中。因去除了导热系数非常小的绝缘层后,散热效果大大增强, LED底座的温度随之得到下降, 从而延长了对LED灯具的寿命和稳定性。


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