LED散热技术浅谈

LED具有效率高、可靠性好、寿命长、功耗低等优点，随着技术的不断进步，高功率LED光源在前照灯的应用越来越普遍。但LED的性能指标和其结温高度相关，温度过高，将导致LED光效显著降低、光衰严重、荧光粉加速老化、寿命降低、波长色温变化、色坐标漂移等一系列问题，影响灯具的正常工作。

某型号红光LED随着结温升高，光通量输出显著降低（φV表示输出光通量）

因此，良好的热管理设计是LED汽车前照灯的重要指标。尤其是LED在向着高能效、高亮度、高电流密度、小封装尺寸的方向发展，矩阵式LED广泛使用，对散热系统提出了更高的挑战。

三星Pixcell LED 15.375 mm x 2.735 mm范围内集成100颗LED芯片

LED光源与卤素灯泡的发热原理存在本质不同。LED的光效约为20%，75%左右的热量在焊点处以热传导的方式传导到基板上，然后散发出去。

改善LED灯具的散热性能，主要有以下几个方面考虑：

1.改进LED芯片封装结构，提高从LED芯片到外部散热机构的散热性能；

2.开发热导率更高的新材料，降低从LED芯片到环境的热阻；

3.设计更优的散热方案，提高LED灯具散热性能。

LED组件散热模型

散热方案按照散热方式可分为主动散热和被动散热，主动散热包括风冷散热（风扇）、液冷散热、热管散热等；被动散热包括散热器、导热硅脂、导热胶、导热贴、石墨等。

车灯行业目前应用较广泛的主要有两种：第一种是被动散热，主要采用散热器加导热硅脂等，第二种是主动散热，在散热器的基础上增加风扇散热。对于LED车灯，良好的热管理取决于LED热阻、LED 贴片技术、线路板散热性能、导热脂性能、散热器设计、风扇性能等。

对于低功率LED（驱动电流150mA以下），PCB基板采用环氧树脂板，即可满足散热要求，无需额外散热器。

环氧树脂板

对于中功率LED（驱动电流150-300mA）可能需采用铝基板散热，一般无需额外的散热器。

铝基板

对于高功率LED（驱动电流300mA）以上，PCB基板采用铝基板、铜基板设置陶瓷基板，同时增加散热器、风扇，以满足散热要求。

铜基板

需要注意的是，线路板与散热器之间的界面热阻较大，因为两者界面的表面在微观上粗糙不平，其实际接触面积仅占1%～2%，其余部分充满空气孔隙，不利于热量传递。因此更优的散热器连接技术对热量管理起着关键性作用。这时，就需要选择合适的导热脂或导热贴，能有效降低系统热阻，并能减少LED前照灯散热器的质量。导热脂种类较多，按是否有黏性可分为导热胶和导热硅脂。导热胶有黏性，黏连性较好，导热系数较低；导热硅脂无黏连性，导热系数较高。导热贴安装方便，导热系数一般。

导热硅脂

导热贴

散热器+导热贴

目前市场上的大功率LED基本上都采用翅片式散热器的被动散热方法。通过在基础表面上扩展表面，从而有效增加换热面积，然后通过自然对流的方式将热量散发出去。散热器的主要参数包含长度、宽度、高度、肋片厚度、肋片间距以及肋片高度等。散热器的基座与热源直接接触，将热源的热量传导至散热器肋片，多个间隔的肋片扩大了与空气环境的接触面积，增强了对流与辐射的能力，提高了热量从热源传递至热沉中的效率。散热器肋片的厚度、肋片间距和肋片高度是决定散热器形状以及展开面积的主要因素，也是决定散热效率的直接因子。因此，合理设计散热器，就是优化散热器基座厚度、肋片厚度、肋片间距以及肋片高度等的尺寸，平衡这些变量，以得到最优组合，提高散热器的性能。为了更好地空气流动，翅片应处于垂直方向（有利于热空气的上升）。