改善LED散熱性能的中心議題：
    * 改善LED散熱性能的主要方案
    * 三種主流LED封裝散熱結構
LED景觀照明智能控製的解決(jue) 方案：
    * 想辦法減損熱阻抗、改善散熱問題
    * 解決(jue) 封裝的散熱問題才是根本辦法
    * 改變封裝材料製約材質劣化與(yu) 光線洞穿率減低的速度

亞(ya) 洲企業(ye) LED燈泡——海外廠商致力於(yu) 散熱【拆卸】
https://www.interviewcrusher.com/article/articleinfo/id/80008972
LED散熱指引【詳細圖解】
https://www.interviewcrusher.com/data/datainfo/id/4092
全新的陶瓷方法簡化LED散熱設計
https://www.interviewcrusher.com/article/articleinfo/id/80009434
主動冷卻技術提高LED照明強度【未來散熱技術】
https://www.interviewcrusher.com/article/articleinfo/id/80009245
解析高功率白光LED應用及LED芯片的散熱問題
https://www.interviewcrusher.com/article/articleinfo/id/80008575
高功率LED照明設計中的散熱控製方案
https://www.interviewcrusher.com/article/articleinfo/id/80008019
“燈珠散熱器低溫直焊技術”徹底解決(jue) 散熱問題
https://www.interviewcrusher.com/data/datainfo/id/4044
采用半導體(ti) 製冷技術的太陽能LED照明係統散熱方案設計
https://www.interviewcrusher.com/data/datainfo/id/4043
LED散熱問題的解決(jue) 方案
https://www.interviewcrusher.com/data/datainfo/id/2726
LED散熱方式及散熱材料設計介紹
https://www.interviewcrusher.com/article/articleinfo/id/80010006


由於(yu) LED萌生的光線在封裝天然樹脂內(nei) 反射，假如運用可以變更芯片側(ce) 麵光線挺進方向的天然樹脂材質反射板，則反射板會(hui) 借鑒光線，使光線的抽取量急速銳減。因為(wei) 這個(ge) ，不可少想辦法減低LED芯片的溫度，換言之，減低LED芯片到燒焊點的熱阻抗，可以管用減緩LED芯片降低溫度效用的負擔。

相關(guan) LED的運用生存的年限，例如改用矽質封裝材料與(yu) 瓷陶封裝材料，能使LED的運用生存的年限增長一位數，特別是白光LED的閃光頻譜包括波長低於(yu) 450nm短波長光線，傳(chuan) 統環氧氣天然樹脂封裝材料極易被短波長光線毀傷(shang) ，高功率白光LED的大光量更加速封裝材料的劣化，依據業(ye) 者測試 最後結果顯露 蟬聯點燈不到10,000小時，高功率白光LED的亮度已經減低二分之一以上，根本沒有辦法滿意照明光源長生存的年限的基本要求。到現在為(wei) 止有兩(liang) 種延長組件運用生存的年限的對策，作別是，製約白光LED群體(ti) 的溫升，和休止運用天然樹脂封裝形式。

不過，其實大功率LED 的發卡路裏比小功率LED高數十倍以上，並且溫升還會(hui) 使閃光速率大幅下跌。具體(ti) 內(nei) 部實質意義(yi) 作別是：減低芯片到封裝的熱阻抗、製約封裝至印刷電路基板的熱阻抗、增長芯片的散熱順利通暢性。

想辦法減損熱阻抗、改善散熱問題
相關(guan) LED的閃光速率，改善芯片結構與(yu) 封裝結構，都可以達到與(yu) 低功率白光LED相同水準。有鑒於(yu) 此美國Lumileds與(yu) 東(dong) 洋CITIZEN等照明設施、LED封裝廠商，一個(ge) 跟著一個(ge) 研發高功率LED用簡易散熱技術，CITIZEN在2004年著手著手製作白光LED樣品封裝，不必特別結合技術也能夠將厚約2~3mm散熱裝置的卡路裏直接排放到外部，依據該CITIZEN報導固然LED芯片的結合點到散熱裝置的30K/W熱阻抗比OSRAM的9K/W大，並且在普通背景下室溫會(hui) 使熱阻抗增加1W左右，縱然是傳(chuan) 統印刷電路板無冷卻風扇強迫空冷狀況下，該白光LED板塊也可以蟬聯點燈運用。

相關(guan) 閃光特別的性質平均性，普通覺得隻要改善白光LED的熒光體(ti) 材料液體(ti) 濃度平均性與(yu) 熒光體(ti) 的製造技術，應當可以克服上麵所說的圍困並攪擾。

因為(wei) 增加電力反倒會(hui) 導致封裝的熱阻抗急速降至10K/W以下，因為(wei) 這個(ge) 海外業(ye) 者以前研發耐高溫白光LED，打算借此改善上麵所說的問題。

固然矽質封裝材料可以保證LED的40,000小時的運用生存的年限，不過照明設施業(ye) 者卻顯露出來不一樣的看法，主要爭(zheng) 辯是傳(chuan) 統電燈泡與(yu) 日光燈的運用生存的年限，被定義(yi) 成“亮度降至30百分之百以下”。亮度減半時間為(wei) 四萬(wan) 鍾頭的LED，若換算成亮度降至30百分之百以下的話，大約隻剩二萬(wan) 鍾頭左右。

普通覺得假如徹底執行以上兩(liang) 項延壽對策，可以達到亮度30百分之百時四萬(wan) 鍾頭的要求。因為(wei) 這個(ge) ，鬆下電工研發印刷電路板與(yu) 封裝一體(ti) 化技術，該企業(ye) 將1mm正方形的藍光LED以flip chip形式封裝在瓷陶基板上，繼續再將瓷陶基板粘附在銅質印刷電路板外表，依據鬆下報道裏麵含有印刷電路板順德led顯示屏在內(nei) 板塊群體(ti) 的熱阻抗約是15K/W左右。所以Lumileds與(yu) CITIZEN是采取增長結合點容許溫度，德國OSRAM企業(ye) 則是將LED芯片設置在散熱裝置外表，達到9K/W超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM以往研發同級產(chan) 品的熱阻抗減損40百分之百。值當一提的是該LED板塊 封裝時，認為(wei) 合適而使用與(yu) 傳(chuan) 統辦法相同的flip chip形式，然而LED板塊與(yu) 散熱裝置結合乎時常，則挑選最靠近LED芯片閃光層作為(wei) 結合麵，借此使閃光層的卡路裏能夠以最短距離傳(chuan) 導排放。

以往LED 業(ye) 者為(wei) 了取得充分的白光LED 光柱，以前研發大尺寸LED芯片 打算藉此形式達到預先期待目的。如上增長給予電力的同時，不可少想辦法減損熱阻抗、改善散熱問題。然而，其實白光LED的給予電努力堅持續超過1W以上時光柱反倒會(hui) 減退，閃光速率相對減低20~30百分之百。換言之，白光LED的亮度假如要比傳(chuan) 統LED大數倍，耗費電力特別的性質逾越日光燈的話，就不可少克服下麵所開列四大課題：製約溫升、保證運用生存的年限、改善閃光速率，以及閃光特別的性質平均化。反過來說縱然白光LED具有製約熱阻抗的結構，假如卡路裏沒有辦法從(cong) 封裝傳(chuan) 導到印刷電路板的話，LED溫度升漲的最後結果毅然會(hui) 使閃光速率急速下跌。

解決(jue) 封裝的散熱問題才是根本辦法
溫升問題的解決(jue) 辦法是減低封裝的熱阻抗；保持LED的運用生存的年限的辦法是改善芯片外形、認為(wei) 合適而使用小規模芯片；改善LED的閃光速率的辦法是改善芯片結構、認為(wei) 合適而使用小規模芯片；至於(yu) 閃光特別的性質平均化的辦法是改善LED的封裝辦法，這些個(ge) 辦法已經陸續被研發中。因為(wei) 環氧氣天然樹脂借鑒波長為(wei) 400~450nm的光線的百分率高達45%，矽質封裝材料則低於(yu) 1百分之百，輝度減半的時間環氧氣天然樹脂不到一萬(wan) 鍾頭，矽質封裝材料可以延長到四萬(wan) 鍾頭左右，幾乎與(yu) 照明設施的預設生存的年限相同，這意味著照明設施運用時期不需改易白光LED。然而矽質天然樹脂歸屬高彈性軟和材料，加工時不可少運用不會(hui) 刮傷(shang) 矽質天然樹脂外表的製造技術，這個(ge) 之外加工時矽質天然樹脂極易依附粉屑，因為(wei) 這個(ge) 未來不可少研發可以改善外表特別的性質的技術。

相關(guan) LED的長命化，到現在為(wei) 止LED廠商采取的對策是改變封裝材料，同時將熒光材料散布在封裝材料內(nei) ，特別是矽質封裝材料比傳(chuan) 統藍光、近紫外線LED芯片上方環氧氣天然樹脂封裝材料，可以更管用製約材質劣化與(yu) 光線洞穿率減低的速度。

改變封裝材料製約材質劣化與(yu) 光線洞穿率減低的速度
2003年東(dong) 芝Lighting以前在400mm正方形的鋁合金外表，鋪修閃光速率為(wei) 60lm/W低熱阻抗白光LED，無冷卻風扇等特別散熱組件前提下，試著製做光柱為(wei) 300lm的LED板塊。主要端由是電流疏密程度增長2倍以上時，不惟不由得易從(cong) 大型芯片抽取光線，最後結果反倒會(hui) 導致閃光速率還不如低功率白光 LED的窘境。依據德國OSRAM Opto Semi conductors Gmb實驗最後結果證明，上麵所說的結構的LED芯片到燒焊點的熱阻抗可以減低9K/W，約是傳(chuan) 統LED的1/6左右，封裝後的LED給予2W的電力時，LED芯片的結合溫度比燒焊點高18K，縱然印刷電路板溫度升漲到50℃，結合溫度頂多隻有70℃左右；相形之下過去熱阻抗一朝減低的話，LED芯片的結合溫度便會(hui) 遭受印刷電路板溫度的影響。製約白光LED溫升可以認為(wei) 合適而使用冷卻LED封裝印刷電路板的辦法，主要端由是封裝天然樹脂高溫狀況下，加上強光映射會(hui) 迅速劣化，沿襲阿雷紐斯法則溫度減低10℃生存的年限會(hui) 延長2倍 中國照明電器協會(hui) LED照明門戶網站。

因為(wei) 散熱裝置與(yu) 印刷電路板之間的細致精密性直接左右導熱效果，因為(wei) 這個(ge) 印刷電路板的預設變得十分複雜。

為(wei) 了減低熱阻抗，很多海外LED廠商將LED芯片設置在銅與(yu) 瓷陶材料製成的散熱裝置（heat sink）外表，繼續再用燒焊形式將印刷電路板的散熱用導線連署到利用冷卻風扇強迫空冷的散熱裝置上。因為(wei) 東(dong) 芝Lighting領有浩博的試著製做經驗，因為(wei) 這個(ge) 該企業(ye) 表達因為(wei) 摹擬剖析技術的進步提高，2006年在這以後超過60lm/W的白光LED，都可以輕鬆利用燈具、框體(ti) 增長導熱性，或是利用冷卻風扇強迫空冷形式預設照明設施的散熱，不必特別散熱技術的板塊結構也能夠運用白光LED。

Lumileds於(yu) 2005年著手製作的高功率LED芯片，結合容許溫度更高達+185℃，比其他企業(ye) 同級產(chan) 品高60℃，利用傳(chuan) 統RF 4印刷電路板封裝時，四周圍背景溫度40℃範圍內(nei) 可以輸入相當於(yu) 1.5W電力的電流（約是400mA）。這也是LED廠商完全一樣認為(wei) 合適而使用瓷陶係與(yu) 金屬係封裝材料主要端由。縱然封裝技術準許高卡路裏，然而LED芯片的結合溫度卻可能超過容許值，最終業(ye) 者終於(yu) 了悟到解決(jue) 封裝的散熱問題才是根本辦法。

三種主流LED封裝散熱結構
LED封裝光源的散熱問題，一直是LED產(chan) 品開發中遇到非常重要的問題，特別是散熱材料的選用，一直是工程師的難題。因為(wei) 產(chan) 品材料的導熱性能就非常之關(guan) 鍵。

就目前而言，陶瓷材料是導熱性能非常好的材料，它有導熱率高，良好的物量性能（不不收縮，不變形），良好的絕緣性能與(yu) 導熱性能。因此，采用陶瓷材料將是未來LED產(chan) 品開發的主流趨勢！

下麵對幾種LED封裝常用材料的相關(guan) 參數、性質及結構進行了對比。並圖解了LED封裝常用陶瓷支架的生產(chan) 原理。

LED封裝常用材料相關(guan) 參數對比圖

從(cong) 提供的資料看，所用的陶瓷材料是三氧化二鋁，我認為(wei) 用它替代銅，簡直是技術倒退！除非你打算讓LED的芯片工作到150度以上的溫度。大家實測一下圖中第一和第二種結構芯片的溫度就知道那種陶瓷的不好了。

大家要明白，電子工業(ye) 中采用所謂“導熱陶瓷”（實際導熱遠不如銅、鋁等金屬）的目的是什麽(me) 。並非是它導熱比常用的導熱金屬的導熱能力強，而是在於(yu) 陶瓷的絕緣性能和低的膨脹係數。當這兩(liang) 項參數不是問題時，使用陶瓷絕對無益。導熱好的陶瓷導熱性能不如銅，與(yu) 鋁相當，價(jia) 格高，加工難，脆性大，不抗震動。

提示一下，有興(xing) 趣的可以去看看下麵幾種材料的性能再回來看這個(ge) 帖子。氧化鋁、氧化鈹、氮化鋁、純銅、純鋁、散熱用的幾種合金鋁、鋁基板及鋁基板的絕緣層，等等。好好學習(xi) 一下這些材料的物理特性，再了解一下它們(men) 的價(jia) 格。

LED熱隔離封裝技術及對光電性能的改善
在傳(chuan) 統的白光LED封裝結構中，熒光粉直接塗覆於(yu) 芯片上麵，工作時，芯片釋放的熱量直接加載在熒光粉上麵，導致了熒光粉的溫升，使得熒光粉在高溫下轉化效率降低。而在熒光粉與(yu) 芯片之間引入一層低導熱的熱隔離層能夠有效的阻止芯片的熱量直接加載到熒光粉上，降低了熒光粉層溫度，使得白光LED在大電流注入下都能保持較高的流明效率。除了芯片釋放的熱量之外，塗覆的熒光粉受藍光激發時，因熒光粉的轉化效率尚未達到100%，另外由於(yu) 散射等其它損耗的存在，熒光粉顆粒本身也會(hui) 有少量的熱量釋放，容易形成局域熱量累積，為(wei) 此當熒光粉材料轉化效率較低時，還需為(wei) 熒光粉提供散熱通道，防止熒光粉顆粒局域熱的生成。下麵通過傳(chuan) 統熒光粉塗覆方式和熱隔離封裝方式兩(liang) 組實驗對比了解兩(liang) 種結構中芯片和熒光粉的熱相互作用。

1. LED芯片對熒光粉的加熱
為(wei) 了*價(jia) LED芯片對熒光粉熱性能方麵的影響，我們(men) 製作了兩(liang) 組白光LED封裝結構，一組采用傳(chuan) 統的熒光粉塗覆方式，另一組采用熱隔離的熒光粉塗覆方式，圖1是該熱隔離封裝結構的剖麵製樣圖。

圖1 傳(chuan) 統白光LED橫截麵圖示(a)熒光粉熱隔離封裝結構(b)，h=1mm

熒光粉熱隔離封裝結構是通過熒光粉覆膜的方式實現的。熒光粉覆膜技術是我們(men) 提出的一種新型熒光粉塗覆方法，即根據出光要求設計好熒光粉膜層的結構，在專(zhuan) 用模具內(nei) 完成熒光粉膜層的成型，剝離後，將熒光粉膜層轉移到LED芯片上方，同時LED芯片和熒光粉膜層中間還有一層低導熱係數的矽膠層。為(wei) 了表明兩(liang) 種封裝結構熱性能上的差別，我們(men) 比較了兩(liang) 種封裝結構表麵的溫度分布圖。圖2是兩(liang) 種封裝結構在200、350和500mA直流驅動下表麵IR Camera測得溫度徑向分布。在200 mA驅動電流下時，熱隔離封裝結構比傳(chuan) 統封裝方式中心溫度低1.6℃。在350mA和500mA注入電流下時，熒光粉層的溫差分別達到了8.5℃和 16.8℃，並且在500mA注入電流下時，傳(chuan) 統結構熒光粉的表層最高溫度已經達到130.2℃。另外，熱隔離封裝結構整個(ge) 熒光粉表層的溫度都很均勻，而傳(chuan) 統結構中熒光粉中心溫度較高，在大電流時尤為(wei) 明顯。

我們(men) 通過有限元模擬來分析封裝結構中的參數變化對白光LED性能的影響。結果表明，可以通過封裝結構設計及封裝材料熱導率調整來調控熒光粉層的溫度。圖3是LED熱隔離封裝結構中的溫度縱向分布，熒光粉層的溫度通過引入的熱隔離矽膠層大大降低了。

圖2 傳(chuan) 統結構和熱隔離結構中熒光粉表麵的溫度曲線，紅色為(wei) 實驗值，藍色為(wei) 模擬值

圖3 熱隔離封裝結構中，樣品沿h2方向的徑向溫度分布(h2=1mm)

綜上所述，降低熒光粉層溫度的有效辦法是在芯片與(yu) 熒光粉層之間引入低導熱的熱隔離層，尤其對於(yu) 更大功率的LED器件而言，對熒光粉的熱控製技術顯得尤為(wei) 重要。

 

2．熒光粉局域熱效應
熒光粉層並不是具有均勻熱導率的單一介質，而是由熒光粉顆粒與(yu) 低導熱的矽膠混合而成，每顆熒光粉顆粒由矽膠包裹而成。我們(men) 的研究結果表明熒光粉顆粒在不同的轉化效率下(即不同的釋熱量)芯片和熒光粉的溫場分布。在熒光粉轉化效率高(>80%)的情況下，熒光粉的溫度主要受芯片加熱的影響。熒光粉距離芯片越近，溫度越高，熱隔離的措施能有效降低熒光粉的溫度。在熒光粉顆粒發熱明顯的情況下，由於(yu) 包裹熒光粉顆粒是低導熱率的矽膠，熒光粉顆粒會(hui) 形成局域熱量，使得熒光粉顆粒的溫度升高，甚至超過芯片的溫度。而出現熒光粉局域熱量的條件是熒光粉的低轉化效率，導致熒光粉釋熱大。

在實際的LED封裝結構中，熒光粉的轉化效率高，熒光粉的溫度主要是由於(yu) 芯片的加熱作用，熒光粉與(yu) 芯片直接有效的熱隔離能明顯降低熒光粉的溫度。進一步降低熒光粉層的溫度可以通過提高熒光粉層的導熱率來實現。

為(wei) 了表明兩(liang) 種封裝結構對白光LED光色性能的影響，我們(men) 把LED白光光譜中藍光波段(Blue) 和黃光波段(Yellow)提取出來，以藍光波段光譜和黃光波段光譜的積分量比例值(B/Y)作為(wei) 光譜*價(jia) 依據。圖4表明的是電流從(cong) 50mA到 800mA，兩(liang) 種情況下B/Y值跟注入電流的關(guan) 係，B/Y值的變化反映了白光LED光色的變化，在圖6中，我們(men) 展示了兩(liang) 種結構中光通量、色溫(CCT)跟注入電流的變化關(guan) 係。兩(liang) 種封裝結構中，注入電流在達到300mA以前，兩(liang) 者光通量的值幾乎沒發生變化，隨著注入電流的繼續升高，熱隔離封裝結構顯示了更好的光飽和性能。色溫CCT反映了白光LED光色的表現性能，注入電流從(cong) 50mA增加到800mA，熱隔離結構的LED色溫僅(jin) 變化253K，而傳(chuan) 統結構 LED色溫變化達1773K。圖5中B/Y值的變化也反映了這種趨勢，熱隔離封裝結構在較大的電流變化範圍內(nei) B/Y值變化很小，而傳(chuan) 統結構中B/Y值的變化很大。在傳(chuan) 統結構中，電流越大時，B/Y值也隨著增大，這說明隨著電流增加，LED光譜中藍光成分增強，而將藍光轉化為(wei) 黃光的熒光粉轉化效率下降。而造成熒光粉轉化效率下降的一個(ge) 重要原因就是芯片對熒光粉的加熱，造成了熒光粉溫度上升。

圖4 兩(liang) 種封裝結構中白光LED光譜中藍光段(Blue)與(yu) 黃光段(Yellow)光強比(B/Y)(插圖是藍光和黃光比例)

圖5 兩(liang) 種封裝結構光通量(左軸)和色溫(右軸)與(yu) 電流的依賴關(guan) 係

熒光粉熱隔離封裝結構帶來光色性能的改善，一個(ge) 重要原因是由於(yu) 該結構降低了熒光粉的溫度，使得熒光粉保持了較高的轉化效率。