繁華的城市離不開LED燈的裝飾，相信大家都見過LED，它的身影已經(jīng)出現(xiàn)在了我們的生活的各個(gè)地方，也照亮著我們的生活。除了關(guān)鍵元件LED易受溫度影響外，光源設(shè)計(jì)多半也採取模組化概念開發(fā)，甚至為了取代傳統(tǒng)光源，讓發(fā)光元件與電子電路只能在極小空間內(nèi)進(jìn)行整合。

因?yàn)? LED為DC直流驅(qū)動(dòng)元件，多數(shù)燈具的連接電源為AC交流電源為主，為簡化LED光源的施作復(fù)雜度，目前的主流做法是直接將電源整流、變壓模組與LED發(fā)光元件進(jìn)行整合，但問題來了，因?yàn)榭捎玫碾娐房臻g相對小很多，在裝置內(nèi)的對流空間相對變小的情況下，自然也無法得到較佳的散熱效果，也只能透過主動(dòng)式強(qiáng)制散熱的相關(guān)對策，進(jìn)行模組的散熱處理。

若由熱阻抗模組觀察所製作的熱流模型，進(jìn)行LED晶粒預(yù)測接合點(diǎn)的溫度，接合點(diǎn)意指半導(dǎo)體的p- n接合處，定義熱阻抗R為溫度差異與對應(yīng)之功率消散比值，而熱阻抗的形成因素相當(dāng)多，但透過熱流模型的檢視方式，可以更清楚確認(rèn)，熱的散逸處理方面，是因?yàn)槟男╆P(guān)鍵問題而降低其效率，可以從元件、組裝方式、基板材質(zhì)、結(jié)構(gòu)去進(jìn)行散熱改善工程。一般LED固態(tài)光源的熱流模型，可以從幾個(gè)關(guān)鍵處來檢視。

例如，LED發(fā)光元件可以拆解為LED晶粒、晶粒與接腳的打線、封裝的塑料，再將觀察擴(kuò)及LED光源模組，即會(huì)有LED元件、接合的金屬接腳、 MetalCorePCB(MCPCB)電路板、最后為散熱的鋁擠型散熱片等構(gòu)成，而熱流模型可以觀察有幾個(gè)串聯(lián)的熱流阻抗，例如結(jié)合點(diǎn)、乘載晶粒的金屬片、電路板與環(huán)境等，再檢視串聯(lián)阻抗的熱迴路，試圖去發(fā)現(xiàn)散熱效率低下的問題癥結(jié)點(diǎn)。

再從模型去深入觀察，可以發(fā)現(xiàn)，從晶粒的接合點(diǎn)到整個(gè)外部環(huán)境的散熱過程，其實(shí)是由幾個(gè)散熱途徑去加總而成，例如，晶粒與乘載金屬片的材料特性、封裝LED晶粒材料的光學(xué)樹脂接觸與電路板材料熱阻特性、 LED元件的表面接觸或是介于散熱用之鋁擠型散熱鰭片黏膠，乃至降溫裝置與空氣間的組合等，構(gòu)成整個(gè)熱流的散熱過程。LED固態(tài)光源的運(yùn)作溫度如何有效散逸，會(huì)影響整個(gè)光源應(yīng)用的照明效能、能源利用效能、裝置壽命等重要關(guān)鍵，而改善散熱的方式可自晶片層級的技術(shù)、封裝LED晶粒的技術(shù)、電路板層級的技術(shù)去進(jìn)行改善。

在晶片層級的散熱處理手段方面，由于傳統(tǒng)的晶片製法，多以藍(lán)寶石作為基板進(jìn)行設(shè)計(jì)，而藍(lán)寶石基板的熱傳導(dǎo)係數(shù)接近20W/mK，其實(shí)很難將LED磊晶產(chǎn)生的熱快速散出，目前主流的作法，在針對LED晶片級的散熱強(qiáng)化處理，尤其是針對高功率、高亮度的LED元件方面，為使用覆晶(Flip-Chip)的形式，有效利用覆晶將磊晶的熱傳導(dǎo)出來。

另也有一種方式，是採行「垂直」電極的方式去製作LED元件，由于LED元件上下兩端都設(shè)有金屬電極，此可在散熱的問題上得到更大的助益。例如，採用 GaN基板作為材料，由于GaN基板即為導(dǎo)電材質(zhì)，因此電極可以直接做在基板下方進(jìn)行連接，即可得到快速散逸磊晶溫度的效益，但這種作法因?yàn)椴牧铣杀据^高，也會(huì)比傳統(tǒng)藍(lán)寶石基板作法的成本貴上許多，會(huì)增加元件的製作成本。

至于封裝層級的散熱強(qiáng)化作法則相當(dāng)多，此處列舉幾個(gè)常見的作法。一般而言，LED製作過程，會(huì)利用光學(xué)等級的環(huán)氧樹脂來包住整個(gè)LED，藉此來使得LED元件能在機(jī)械強(qiáng)度方面的表現(xiàn)更佳，甚至也可保護(hù)元件內(nèi)的相關(guān)線路，但環(huán)氧樹脂的作法雖可提升元件強(qiáng)度，卻同時(shí)限制了元件的溫度操作範(fàn)圍，因?yàn)楣鈱W(xué)級的環(huán)氧樹脂于高溫下使用時(shí)，會(huì)因?yàn)楦邷鼗蚴菑?qiáng)光，讓環(huán)氧樹脂的光學(xué)特性劣化，甚至材質(zhì)本身也會(huì)造成劣化。

目前常見的封裝改善方式，僅有在多數(shù)中/低功率的LED元件才使用傳統(tǒng)的砲彈式封裝技術(shù)，在高亮度、高功率的LED元件方面，多數(shù)改用LumiledsLuxeon系列封裝法，將散熱路徑集中于下方的金屬，內(nèi)部的封裝改用光學(xué)特性和耐高溫、耐強(qiáng)光表現(xiàn)較優(yōu)異的硅樹脂去進(jìn)行封裝，此封裝法可獲得較佳的機(jī)械強(qiáng)度表現(xiàn)，同時(shí)其內(nèi)部對高溫、紫外線照射、高強(qiáng)度藍(lán)光LED有更強(qiáng)大的耐受能力。

在電路板層級的散熱改善方面，比較一般的作法即採FR4(PCB)製作，熱傳導(dǎo)性能中上表現(xiàn)的會(huì)採取金屬基PCB，如MCPCB、IntegratedMetalSubstrate(IMS)處理，進(jìn)階高效能熱傳導(dǎo)能力的會(huì)採取陶瓷基板(Ceramic)去製作。

一般FR4(PCB)具備低成本優(yōu)勢，但導(dǎo)熱效能相對較差，多用于低功率的LED裝載方面。金屬基PCB(MCPCB、IMS)由于操作溫度高，例如 MCPCB結(jié)構(gòu)由銅箔層、絕緣(介電)層、鋁基板構(gòu)成，一般銅箔層(電路)為1.0~4.0盎司、絕緣(介電)層為7.5um~150um、鋁基板(金屬核心)層厚度在1mm~3.2mm左右厚度，可用在攝氏140度環(huán)境下，但製作成本為中高價(jià)位。陶瓷基板(Ceramic)的單價(jià)與成本更高，因?yàn)樘沾傻臒崤蛎泜S數(shù)表現(xiàn)佳，可讓乘載的晶片更為匹配，但無法用在大面積的電路，對于LED光源應(yīng)用方面，多數(shù)僅用于承載LED元件的區(qū)塊電路使用，來提升熱傳導(dǎo)效率。

除前述常見乘載的電路板外，其實(shí)還有多款相對具較佳熱傳導(dǎo)技術(shù)的基板技術(shù)，例如陶瓷基板(氧化鋁)、鋁鎂合金、軟式印刷電路板、直接鋼接合基板(DBC)、金屬基復(fù)合材料基板等技術(shù)，但部分技術(shù)仍有製程、裝載或是成本方面的考量，必須視最終成品的實(shí)際熱流模型限制與改善幅度是否值得更換載板而定。以上就是LED技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的LED燈回越來越高效，使用壽命也會(huì)由很大的提升，為我們帶來更大便利。