大功率COB(Chip on Board)LED的性能、壽命及可靠性,在很大程度上取決于散熱技術(shù)的有效實(shí)施。盡管各廠商可能將具體方案視為商業(yè)機(jī)密,但業(yè)內(nèi)關(guān)于散熱的關(guān)鍵技術(shù)通常圍繞以下幾個核心方向展開:
高導(dǎo)熱基板:采用陶瓷基板(如氮化鋁AlN、氧化鋁Al?O?)或金屬基板(如銅基板、鋁基板)作為主要散熱載體。其中,氮化鋁(AlN)的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)170-230 W/m·K,遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鋁基板的200 W/m·K(鋁基板成本相對較低)。此外,覆銅陶瓷基板(DBC)通過高溫將銅層直接鍵合到陶瓷表面,實(shí)現(xiàn)高效的熱傳導(dǎo)和電氣絕緣。
微結(jié)構(gòu)優(yōu)化:在基板表面設(shè)計微槽、微孔或蜂窩結(jié)構(gòu)以增大散熱面積,加速熱量擴(kuò)散;同時采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)(如金屬-陶瓷-金屬夾層)來平衡熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)熱性能。
納米級導(dǎo)熱膠/焊料:使用含納米銀、納米金剛石顆粒的導(dǎo)熱膠或焊膏填充芯片與基板間的微小空隙,降低接觸熱阻。例如,燒結(jié)銀技術(shù)可通過低溫?zé)Y(jié)銀膏實(shí)現(xiàn)約250 W/m·K的高導(dǎo)熱性和高可靠性連接。
石墨烯/碳納米管材料:利用石墨烯薄膜或碳納米管陣列作為界面材料,憑借其超高熱導(dǎo)率(2000-5000 W/m·K)快速傳遞熱量。
共晶焊接:通過Au-Sn合金等共晶焊工藝直接將LED芯片鍵合到基板上,減少傳統(tǒng)銀膠帶來的熱阻。
無封裝/免打線技術(shù):采用倒裝芯片或COB直接封裝方式,避免金線或銅線造成的熱阻瓶頸。
均溫板:利用液體蒸發(fā)-冷凝循環(huán)的原理實(shí)現(xiàn)快速均熱,特別適用于高功率密度場景,并可結(jié)合微通道散熱結(jié)構(gòu)提高散熱效率。
微型熱管:將熱管嵌入散熱器基座中,借助毛細(xì)作用迅速導(dǎo)出熱量。
液態(tài)金屬冷卻:使用低熔點(diǎn)液態(tài)金屬(如鎵基合金)作為冷卻介質(zhì),其導(dǎo)熱能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)散熱膏。
主動散熱系統(tǒng):集成微型風(fēng)扇、壓電陶瓷泵或半導(dǎo)體制冷片(TEC),動態(tài)調(diào)節(jié)散熱能力。
多物理場仿真:運(yùn)用CFD計算流體力學(xué)及熱應(yīng)力耦合仿真優(yōu)化散熱路徑和結(jié)構(gòu)設(shè)計。
溫度反饋控制:內(nèi)置溫度傳感器(如NTC熱敏電阻),根據(jù)需要動態(tài)調(diào)整驅(qū)動電流以防過熱失效。
相變材料:在散熱器中加入石蠟等相變材料吸收瞬時產(chǎn)生的大量熱量,從而減緩溫度上升速度。
碳化硅(SiC)基板:實(shí)驗(yàn)性地使用SiC基板,該材料的導(dǎo)熱性能接近AlN且具有更好的機(jī)械強(qiáng)度。
量子點(diǎn)涂層:應(yīng)用輻射冷卻涂層(如紅外輻射材料)將熱量以電磁波的形式散發(fā)掉。
所謂的“核心機(jī)密”,往往指的是廠商對這些技術(shù)進(jìn)行組合優(yōu)化的方式,比如:
成本與性能之間的平衡(例如用低成本的鋁基板加上優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)代替昂貴的AlN基板);
專利工藝的具體細(xì)節(jié)(比如特定的燒結(jié)溫度曲線、微加工方法);
供應(yīng)鏈方面的優(yōu)勢(如定制的高純度陶瓷基板或石墨烯材料)。
總結(jié)來說,大功率COB LED散熱技術(shù)的核心在于:
低熱阻路徑的設(shè)計(從芯片至環(huán)境);
高導(dǎo)熱材料的創(chuàng)新應(yīng)用;
主動散熱技術(shù)和智能控制系統(tǒng)的相結(jié)合。
實(shí)際應(yīng)用中,制造商會根據(jù)成本考慮、功率密度以及可靠性要求等因素選擇最合適的技術(shù)方案。
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