陶瓷：一种材料实现两种功能

　　仅优化散热器的作法很常见。目前已有上百种散热器设计，它们基本上都由铝构造。但为进一步改进性能，有必要提升甚至取消Group 3。电气隔离功能必须通过其它材料从散热器本身获得。我们认为这种材料应该是陶瓷。诸如Rubalit(氧化铝)或Alunit(氮化铝)等陶瓷材料将两个关键特性：电绝缘和热传导结合在一起。

　　Rubalit的导热性能比铝低，而Alunit的比铝略高。另一方面，Rubalit不像Alunit那么贵(图3)。它们的热膨胀系数可满足半导体的要求。此外，它们坚硬、耐腐蚀，并满足欧盟的有害物质限用指令(RoHS)。陶瓷是完全惰性物质，它们是整个系统最耐用的部分。

　　该简化结构(无胶粘、绝缘层等)将一个大功率LED与陶瓷散热器直接且永久地绑定在一起，为整个组件创造了理想的工作条件。这带来了优异的长期稳定性，安全的热管理和高可靠性。我们已为这一方法申请了名为CeramCool的专利。

　　理论依据

　　CeramCool陶瓷散热器是电路板和散热器的有效整合，可以对热敏感元件和电路进行可靠地散热。它支持器件间直接和永久的连接。此外，陶瓷本身是不导电的，它可以通过采用金属衬垫提供绑定表面。如果需要，甚至可提供针对客户的三维导体轨道结构。

　　对功率电子应用来说，可采用直接铜绑定。散热器变成一个模块基板，上面可密集摆放LED和其它器件。它可迅速地散掉产生的热且不产生任何热屏障。

　　概念的验证

　　首先采用几个模拟模型对采用陶瓷这一想法进行了交叉验证。为预测各种设计的热性能，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。开发时将制造要求考虑在内。

　　优化的几何形状允许4W LED的工作温度最高不超过60℃，这已经通过了物理测试。该设计是方形布局(38×38×24mm)，并包含占据更大空间的细长鳍。而具有相同几何布局的铝制基板(带有安装在PCB上的LED)可承受的温度要高得多。根据PCB的热传导率(从4W/mK到1.5W/mK)，温度可上升6至28K。

　　将热点的温度降低6k意味着可显着减少LED的压力。相同形状Rubalit组件的总热阻至少比铝要好13%。使用Alunit可将CeramCool性能提升最少31%。如果考虑28K的热降，则Rubalit和Alunit这两种陶瓷材料带来的实在的好处更要显著得多。

　　方法的灵活性

　　这是一种灵活的方法，可用于不同目的。你可以选择使LED工作在其最佳温度以确保LED的长寿命及更高的每瓦流明数;也可以选择接收较高工作温度带来的使用寿命和效率降低。50℃到110℃是常见的温度范围。若需要更高流明，5或6W LED可配备4W散热器。用几个1W LED分摊功率有助于改进散热：65℃对应5W;70℃对应6W(图4)。