LED(裸片到散热金属块)和散热器的热阻可以从制造商那里拿到,不过,他们有点偏向Group 3和它对总体散热性能的重大影响。当添加除LED(Group 1)以外的所有热阻后,你就得到了总的热阻(RTT)(见下图)。RTT允许你对系统散热性能进行一个真实的比较。

　陶瓷：一物两用

　　通常的做法是仅优化散热器。目前已有数以百计的LED散热设计,基本上都采用铝散热器。但如要进一步改善散热效果,就必须再进一步或甚至消除Group 3。电气隔离可通过其他材料由散热器本身来实现。我们的结论是陶瓷。陶瓷(如Rubalit(氧化铝)或Alunit(氮化铝))同时兼备两种关键的特性,即电气隔离和导热。

　　Rubalit比铝的导热性能低一些,但Alunit比铝的导热性能略高。另一方面,Rubalit比Alunit便宜(见下图)。它们的热扩散系数可满足半导体芯片的散热需要。此外,它们是刚性的和耐腐蚀的,而且符合欧盟限制有害物质指令(RoHS)。

　　简化结构(无需胶水和绝缘层等),再加上高功率LED和陶瓷散热器之间的直接和永久邦定,为整个组装工作创造了一个理想的操作条件。这带来了极出的长期稳定性、安全的热管理和高可靠性。我们已经为这一新思路申请了专利,命名为CeramCool。

　　理论依据

　　CeramCool陶瓷散热器是电路板和散热器的一个有效结合,它可以可靠地对热敏感元件和电路进行冷却。它实现了元件之间的直接和永久的连接。此外,陶瓷本身是电气绝缘的,它可以通过使用金属片提供邦定表面。如果需要,可以提供针对客户的特定导体轨道结构,即使是三维的。

　　对于功率电子应用来说,直接铜邦定是可能的。陶瓷散热器可以变成一个模块基板,它可以密集地安装LED和其它元件。它可以迅速地散掉所产生的热量,又不产生任何障碍层。

　　这一新思路的验证

　　使用陶瓷的想法最初在好几个仿真模型中进行了交叉检查。为了预测不同设计的热性能,发明了一种基于CFD的方法。此外,还开发了一个优化的4W LED陶瓷散热器。开发时考虑到了制造要求。

　　优化的几何布局允许4W LED工作在60℃以下,已经通过了物理测试。设计是一个方形布局(383824毫米),并包含占据更大空间的更长、更薄鳍。在铝基板上的相同几何布局可承受更高的温度。取决于PCB的热传导性(从4W/mK到1.5W/mK),温度会上升到6至28K之间。

　　目前,在热点处的6K减少量意味着LED的压力大幅减轻了。Rubalit组装的总热阻至少比铝要好13%,在相同的布局下。使用Alunit时,CeramCool的最低改善会达到31%。如果有28K的热降,那么这些扎实的结果很大程度上是上述两种陶瓷表现极出的缘故。

　　接下来,我们将讨论该思路的灵活性、定制解决方案的仿真模型、现有灯具改造和隔离、以及改善现有LED系统设计的分装方法。敬请留意第三部分。

利用全新的陶瓷方法简化LED散热设计(一)

用全新的陶瓷方法来简化LED散热设计(三)