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汽車LED大燈是如何在密封環境下散熱?導熱介質有著關鍵作用

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發表時間:2017-10-17 13:34來源:金戈新材料

  眾所周知,半導體材料在工作時受環境溫度影響較大,特別是在材料工作的高溫環境下。跟隨汽車市場的快速發展,汽車的LED大燈正在逐步取代鹵素燈泡,成為新一代汽車的標配設備。從日間行車燈到近光燈、甚至遠光燈,LED大燈在汽車應用范圍上更廣。


  我們假設當中某一款LED大燈的規格大致為:輸入電壓12/24V,功率35/45W,LM為2600-3600。為滿足此規格,LED也必須采用大功率的產品。大功率LED的光電轉換效率很低,工作過程中只有10%~25%的電能轉換成光能,其余的幾乎都轉換成熱能。另外,汽車前大燈一般都安裝在炙熱的發動機艙內,高溫水箱、引擎、排氣系統所產生的熱將LED前大燈置于嚴酷的工作環境中。LED的光輸出會因為自身的熱或來自發動機艙的高溫而影響本身PN結溫穩定,LED光通量ФV和波長等重要參數受到PN結溫的直接影響,這種不良的溫度循環將導致發光效率和壽命急劇下降。因此散熱成為LED作為汽車大燈光源設計的重要課題。


汽車LED大燈的結構解剖圖

圖2,由霍晶光電科技提供


  圖2中黃色的部分為大功率LED器件。從上圖可以看出,大功率LED需要焊裝到電路板上,然后緊緊固定在散熱器上來進行散熱。LED工作時所產生的熱量通過傳導方式經由電路板被傳導到熱傳導率較好的鋁質散熱器上。鋁質散熱器的翼片與空氣大面積接觸將熱散發開來。相關的熱傳導示意圖如下。


熱傳導示意圖


  為了有效地減小散熱器和電路板之間的熱阻,其間填充了導熱介質。但電路板本身的導熱系數,往往制約著整個系統的散熱能力。傳統的LED安裝電路板是FR4材料(一種耐燃材料等級的代號),又稱為環氧玻璃布層壓板,其導熱系數約為0.25~0.4W/M.K。正是由于其導熱系數較低,大功率LED的熱量無法有效的傳遞到外部的散熱器上。針對這種要求,有部分廠家推出了92ML板材,該板材采用環氧樹脂填充陶瓷,導熱系數(Z軸)為2.0W/m-K,是普通的FR-4材料的6-8倍。


FR4和92ML板材的特性比較.jpg


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