LED的散熱
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由表中可見，Cree公司的LED的熱阻因為采用了碳化硅作基底，要比其他公司的熱阻至少低一倍。大功率LED為了改進散熱通常在基底下面再放一塊可焊接的銅底板以便焊到散熱器上去。這些熱阻實際上都是在這個銅底板上測得的。
是不是碳化硅就是LED襯底的最佳選擇呢，不是這樣，任何事物都會有創(chuàng)新和發(fā)展的，最近臺灣的鉆石科技開發(fā)出了鉆石島外延片(DiamondIslandsWafer，DIW)做為生產(chǎn)超級LED的基材。這種LED的熱阻可以低至5°C/W。用它制成的超級LED可發(fā)出極強的紫外光，其強度不因高溫而降低，反而會更亮。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
圖4.采用類鉆碳(DiamondLikeCarbon，DLC)的鍍膜可以大大改善LED的散熱
圖5.用DLC鍍膜和鋁結(jié)合可以比其它結(jié)構(gòu)的LED有更好的散熱特性
而且采用紫外線來激發(fā)各種熒光粉也可以得到所需要的各種顏色的LED。而且熒光粉不是采用和環(huán)氧樹脂或硅膠混合的方法而是直接涂于芯片表面還可以避免由于環(huán)氧樹脂和硅膠的老化而產(chǎn)生的光衰。
這將會使整個LED產(chǎn)生革命性變化。而且擺脫了日美等國的專利束縛。
三.集成LED的散熱
現(xiàn)在有不少廠商把很多LED晶粒集成在一起以得到大功率的LED。這種LED的功率可以達到5W以上，大多以10W，25W，和50W的功率等級出現(xiàn)。為了把多個LED晶粒（以共晶（Eutectic）或覆晶（Flip-Chip）封裝）連接在一起，因為這些晶粒極為精細，所以需要采用精確的印制電路進行連接。為了得到更好的散熱特性，通常采用陶瓷基板。這種陶瓷基板是由氧化鋁和氮化鋁構(gòu)成。各種材料的導熱系數(shù)如下表所示。
| 材料 | 導熱系數(shù) W/mK |
| FR4 （普通印制板的玻璃纖維） | 0.2 |
| 氧化鋁 | 17-27 |
| 氮化鋁 | 170-230 |
| 金 | 315 |
| 銀 | 425 |
| 銅 | 398 |
不論氮化鋁還是氧化鋁，它們都是一種絕緣的陶瓷材料，所以可以把印制電路做在上面。但是氮化鋁具有高10倍的導熱系數(shù)，所以現(xiàn)在更常用氮化鋁。過去采用厚膜電路，但是其表面不平，電路邊緣毛糙，而且需要800°C以上的燒結(jié)溫度?，F(xiàn)在大多采用薄膜電路，因為它只需要300度以下的工藝，表面平整度可以0.3um，不會有氧化物生成，附著性好，電路精細，誤差低于+/-1%。它實際上是采用照相刻蝕的方法來制作，采用氧化鋁為基底的薄膜電路制備的具體過程如下：
圖6.薄膜電路的制備過程
采用氮化鋁的制作方法相同。
第二部分LED燈具的散熱
前面講的是LED芯片的散熱，然而任何LED都會制成燈具，所以LED芯片所產(chǎn)生的熱量最后總是通過燈具的外殼散到空氣中去。如果散熱不好，因為LED芯片的熱容量很小，一點點熱量的積累就會使得芯片的結(jié)溫迅速提高，如果長時期工作在高結(jié)溫的狀態(tài)，它的壽命就會很快縮短。然而這些熱量要能夠真正引導出芯片到達外部空氣，要經(jīng)過很多途徑。具體來說，LED芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經(jīng)過焊料到鋁基板的PCB，再通過導熱膠才到鋁散熱器。所以LED燈具的散熱實際上包括導熱和散熱兩個部分?，F(xiàn)在先來看一下每一個環(huán)節(jié)的導熱性能。
四.各種電路基板的導熱
在把LED連接到散熱器之前，首先要把它們焊接到電路中去，因為首先要把這些LED連接成幾串幾并，同時還要把他們和恒流源在電路上連接起來。最簡單的辦法是把它們直接焊接到普通印制板上去。對于一些很小功率的LED，例如LED指示燈的確是可以這樣做的。但是對于大多數(shù)高亮度和高功率LED來說，普通玻璃纖維印制板的導熱性能就顯得太差了，而必須改成用銅基板或鋁基板甚至陶瓷覆銅板。各種基板的性能如下：
| 基板類型 | 特點 |
| 普通印制電路板 | 技術成熟，具有Layout上的優(yōu)勢，散熱性能差、尺寸大，只適合于低功率產(chǎn)品 |
| 柔性印制電路 | 重量輕，可彎性，厚度薄， 熱傳導率約為：2~3W/mK |
| 高導熱系數(shù)鋁基板 | 印制板基底為鋁板，熱傳導率約為1~2.2W/mK |
| 陶瓷覆銅板DCB | 熱傳導率高，約200~800W/mK，制作困難，不易量產(chǎn) |
4.1鋁基板
目前幾乎絕大多數(shù)的LED燈具中都采用了鋁基板。鋁基板上電路的銅箔為了要導電和導熱要有足夠的厚度和寬度，其厚度在35μm-280μm之間。其寬度最好盡可能布滿整個基板，以便把熱傳下去。而下面一層絕緣體則要求其絕緣性能很好，而且還要導熱性能很好。然而這兩個性能是矛盾的，通常都是導體的導熱性能好，而絕緣體的導熱性能差。又要導熱好又要絕緣好是很難做到的。也是一種科研的課題。目前采用的是一種摻有陶瓷填充物的改性環(huán)氧樹脂或環(huán)氧玻璃布粘結(jié)片。通過熱壓把銅箔絕緣體和鋁板粘結(jié)起來。有一些LED燈具，雖然散熱器是經(jīng)過精心設計，但是很快就壞，問題就是出在采用了熱阻很大的鋁基板或是剝離強度很差的鋁基板。用一段時間，電路薄膜就翹了起來，也就完全無法導熱，很快就燒壞LED。
對于優(yōu)質(zhì)鋁基板通常要求其熱阻小于1°C/W。下表是某種鋁基板的規(guī)格：
| 性能指標 | I型鋁基板 | II型鋁基板 |
| 熱阻（°C/W）鋁板厚1.5mm | 0.9 | 0.9 |
| 剝離強度（N/mm） | 1.8 | 2.0 |
| 絕緣電阻（MΩ） | 107 | 106 |
| 擊穿電壓（KV） | >3 | >3 |
| 熱沖擊（260°C） S（秒） | 120 | 120 |
| 燃燒性 | UL94V-0 | UL94V-0 |
| 銅箔厚 （mm） | 0.018,0.035,0.070 | |
| 尺寸規(guī)格 （mm） | 500x600x(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0) | |
國外和臺灣已經(jīng)能夠生產(chǎn)一種“全膠鋁基板”。所謂全膠是指它的絕緣層完全不用絕緣布，而是用一種絕緣膠。采用絕緣布的鋁基板的熱阻實際上通常在1.7-3.2°C/W。而采用全膠的鋁基板的熱阻可以做到0.05°C/W，市場出售的商品也可以低至0.2-0.5°C/W。
一種性能更好的鋁基板是采用直接在鋁板上生成陶瓷印制電路。先在鋁的表面用微弧氧化生長一層100μm厚的氧化鋁薄膜，再用濺射或絲網(wǎng)印刷制作電路層。采用這種方法的最大優(yōu)點是結(jié)合力強，而且導熱系數(shù)高達2.1W/m.K，而且氧化層的熱膨脹系數(shù)和鋁差不多，所以它的剝離強度高達5N/mm以上。只是因為這種陶瓷鋁基板的加工制造過程復雜，成本高，所以還很少采用。
雖然鋁基板只是一種特殊的印制板，但是它卻承擔著很重的散熱任務，不僅絕緣層的導熱要好，粘結(jié)要
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