全新的陶瓷方法簡化LED散熱設(shè)計(jì)

　　通常的做法是僅優(yōu)化散熱器。目前已有數(shù)以百計(jì)的LED散熱設(shè)計(jì)，基本上都采用鋁散熱器。但如要進(jìn)一步改善散熱效果，就必須再進(jìn)一步或甚至消除Group 3。電氣隔離可通過其他材料由散熱器本身來實(shí)現(xiàn)。我們的結(jié)論是陶瓷。陶瓷（如Rubalit（氧化鋁）或Alunit（氮化鋁））同時兼?zhèn)鋬煞N關(guān)鍵的特性，即電氣隔離和導(dǎo)熱。

　　Rubalit比鋁的導(dǎo)熱性能低一些，但Alunit比鋁的導(dǎo)熱性能略高。另一方面，Rubalit比Alunit便宜（見圖3）。它們的熱擴(kuò)散系數(shù)可滿足半導(dǎo)體芯片的散熱需要。此外，它們是剛性的和耐腐蝕的，而且符合歐盟限制有害物質(zhì)指令（RoHS）。

　　簡化結(jié)構(gòu)（無需膠水和絕緣層等），再加上高功率LED和陶瓷散熱器之間的直接和永久邦定，為整個組裝工作創(chuàng)造了一個理想的操作條件。這帶來了極出的長期穩(wěn)定性、安全的熱管理和高可靠性。我們已經(jīng)為這一新思路申請了專利，命名為CeramCool。

　　2.1 理論依據(jù)

　　CeramCool陶瓷散熱器是電路板和散熱器的一個有效結(jié)合，它可以可靠地對熱敏感元件和電路進(jìn)行冷卻。它實(shí)現(xiàn)了元件之間的直接和永久的連接。此外，陶瓷本身是電氣絕緣的，它可以通過使用金屬片提供邦定表面。如果需要，可以提供針對客戶的特定導(dǎo)體軌道結(jié)構(gòu)，即使是三維的。

　　對于功率電子應(yīng)用來說，直接銅邦定是可能的。陶瓷散熱器可以變成一個模塊基板，它可以密集地安裝LED和其它元件。它可以迅速地散掉所產(chǎn)生的熱量，又不產(chǎn)生任何障礙層。

　　2.2 新思路的驗(yàn)證

　　使用陶瓷的想法最初在好幾個仿真模型中進(jìn)行了交叉檢查。為了預(yù)測不同設(shè)計(jì)的熱性能，發(fā)明了一種基于CFD的方法。此外，還開發(fā)了一個優(yōu)化的4W LED陶瓷散熱器。開發(fā)時考慮到了制造要求。

　　優(yōu)化的幾何布局允許4W LED工作在60℃以下，已經(jīng)通過了物理測試。設(shè)計(jì)是一個方形布局（38×38×24毫米），并包含占據(jù)更大空間的更長、更薄鰭。在鋁基板上的相同幾何布局可承受更高的溫度。取決于PCB的熱傳導(dǎo)性（從4W/mK到1.5W/mK），溫度會上升到6至28K之間。

　　目前，在熱點(diǎn)處的6K減少量意味著LED的壓力大幅減輕了。Rubalit組裝的總熱阻至少比鋁要好13%,在相同的布局下。使用Alunit時，CeramCool的最低改善會達(dá)到31%。如果有28K的熱降，那么這些扎實(shí)的結(jié)果很大程度上是上述兩種陶瓷表現(xiàn)極出的緣故。