提高LED封装的散热性 - 深度拆解几款经典LED灯：价格疯狂跌半大揭秘

　　散热器使用陶瓷

　　斯坦利电气同样是新步入LED灯泡市场的公司之一。在汽车照明领域业绩卓著的该公司计划从2009年9月开始量产LED灯泡*9。因为拆解时该公司的量产尚未开始，所以拆解组未能对实物进行拆解，在此对采访中获悉的散热方式的改进加以介绍。

　　图13：斯坦利电气LED灯泡通过采用高散热性的陶瓷，散热器（外壳）可以缩小，除上方外，还可以照亮周围。

　　斯坦利电气的LED灯泡的最大特点在于散热器材料为陶瓷（图13）。因为陶瓷向空气的导热率高于东芝照明和夏普采用的铝合金，因此散热器面积可以缩小。

　　不过，从成本来看，铝合金铸件的成本要低，许多厂商也因此放弃了陶瓷。但斯坦利电气却发现了缩小散热器后带来的巨大好处：可以实现全方位发光。

　　图14：斯坦利电气LED灯泡的截面想像图由于LED基片与散热器的接触部分无法充分传导热量，因此内部填充了连接二者的填充材料。

　　现在，采用铝合金制散热器的LED灯泡必须把LED设置在接近顶端的位置。因此，光线很难在金属盖附近沿横向发散。无法像白炽灯泡一样应用于金属盖横向附近有反射板的照明器具、以及灯泡设置位置偏低且需要全方位发光的落地灯。而采用陶瓷散热器后，LED的设置位置可以靠近金属盖，从而满足上述用途的需求，替换白炽灯泡的难度也随之降低。

　　斯坦利电气的铝合金制LED基片向散热器导热的方式也进行了改进（图14）。LED基片由陶瓷散热器内侧的凸缘顶端支撑。由于其接触面积较小，因此依靠接触无法获得充分的热量传导。而且，陶瓷表面向空气的导热率虽高，但陶瓷内部的导热率偏低，这也会影响导热效果。

　　为此，该公司向散热器内部填充了高导热率的硅类填充材料，使LED基片的背面也与填充材料实现了接触。这一改进打通了LED基片经由填充材料向陶瓷散热器高效传导热量的途径。为了使填充材料与LED底板的背面紧密接触，组装方法也相应进行了改进。

　　由于生产准备过程花费了大量时间，斯坦利电气未能如期投产。成本虽然在决定投产时已经达到了最佳平衡点，但要实现低价LED灯泡的成本还是花费了时间。

　　提高LED封装的散热性

　　上面介绍的3家公司都为提高LED基片向散热器导热的效率而对LED的散热方式进行了改进。其共同点在于基片采用了铝合金板与布线图案之间夹有绝缘层的金属底板。为有利于LED芯片向底板安装部位导热而采取的措施没有太大差异。

　　今后，为了实现亮度相当于100W白炽灯泡的LED灯泡，还需要与此不同的提高散热的对策。新型LED封装就是对策之一。

　　日本钨（Nippon Tungsten）开发出了由镀银的铜引线框架与陶瓷外壳组合而成的LED封装（图15）。该封装将作为未安装LED芯片的芯片底板供应厂商。

　　图15：日本钨提供的LED封装铜板镀银的引线框架固定在价格较低的陶瓷外壳上。热量主要通过引线框架向散热器传导。

　　过去曾经有过采用高导热性氮化铝材料作为LED封装外壳的产品。LED的热量可以借助外壳传导至封装底板。虽然该外壳能够凭借导热性和耐热性优于树脂外壳的特点实现高功率LED封装，但成本昂贵。

　　与之相比，日本钨的芯片封装底板采用铜引线框架作为导热路径，而非LED封装外壳。外壳采用了导热性差，但耐热性优秀的廉价陶瓷。从而使成本降低到了原有陶瓷LED封装的一半。

　　这种封装的结构虽然非常简单，但铜的熔点低，难以与陶瓷组合。为此，该公司自行开发出了能够以低于铜熔点的温度烧制、与铜结合性强的陶瓷。通过改进烧制时的温度控制和固定方法，成功开发出了电极（引线框架顶端之间）间隔小于70μm的高精度芯片底板（图16）。现已开始样品供应。

　　图16：日本钨的LED封装试制品与导热分析的结果该公司开发出了能够以低于铜熔点的温度烧制，且与铜接合能力较高的陶瓷。试制品可以安装10个LED芯片，导热性能良好，LED芯片与引线框架的温度差约为2℃。在导热分析中，越接近红色表示温度越高。

　　电气化学工业的“电气化AGSP底板”也是提高LED封装散热性的手段之一。该公司利用大和工业（总部：长野县冈谷市）开发的技术，制造出了任意形状的铜柱贯穿于任意位置的底板。如果把该底板作为LED封装外壳的一部分使用，就可以借助铜柱与LED芯片的接触，向散热器传导热量。虽然在成本方面仍有需要解决的课题，但新型封装的采用在今后完全有望扩大。