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汽车LED大灯是如何在密封环境下散热?导热介质有着关键作用

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发表时间:2017-10-17 13:34来源:半导体照明网

  众所周知,半导体材料在工作时受环境温度影响较大,特别是在材料工作的高温环境下。跟随汽车市场的快速发展,汽车的LED大灯正在逐步取代卤素灯泡,成为新一代汽车的标配设备。从日间行车灯到近光灯、甚至远光灯,LED大灯在汽车应用范围上更广。


  我们假设当中某一款LED大灯的规格大致为:输入电压12/24V,功率35/45W,LM为2600-3600。为满足此规格,LED也必须采用大功率的产品。大功率LED的光电转换效率很低,工作过程中只有10%~25%的电能转换成光能,其余的几乎都转换成热能。另外,汽车前大灯一般都安装在炙热的发动机舱内,高温水箱、引擎、排气系统所产生的热将LED前大灯置于严酷的工作环境中。LED的光输出会因为自身的热或来自发动机舱的高温而影响本身PN结温稳定,LED光通量ФV和波长等重要参数受到PN结温的直接影响,这种不良的温度循环将导致发光效率和寿命急剧下降。因此散热成为LED作为汽车大灯光源设计的重要课题。


汽车LED大灯的结构解剖图

图2,由霍晶光电科技提供


  图2中黄色的部分为大功率LED器件。从上图可以看出,大功率LED需要焊装到电路板上,然后紧紧固定在散热器上来进行散热。LED工作时所产生的热量通过传导方式经由电路板被传导到热传导率较好的铝质散热器上。铝质散热器的翼片与空气大面积接触将热散发开来。相关的热传导示意图如下。


热传导示意图


  为了有效地减小散热器和电路板之间的热阻,其间填充了导热介质。但电路板本身的导热系数,往往制约着整个系统的散热能力。传统的LED安装电路板是FR4材料(一种耐燃材料等级的代号),又称为环氧玻璃布层压板,其导热系数约为0.25~0.4W/M.K。正是由于其导热系数较低,大功率LED的热量无法有效的传递到外部的散热器上。针对这种要求,有部分厂家推出了92ML板材,该板材采用环氧树脂填充陶瓷,导热系数(Z轴)为2.0W/m-K,是普通的FR-4材料的6-8倍。


FR4和92ML板材的特性比较.jpg


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