LED汽車大燈散熱問題全面剖析

　　長久以來，LED熱問題一直困擾著整個業(yè)界，而面對一個高成長車大燈市場，又不愿錯過。接下來就共同探討，如何克服在車大燈小空間里的散熱問題，進(jìn)而達(dá)到車燈國標(biāo)50℃環(huán)境溫度下，最高結(jié)溫不可超過80℃。

　　目前汽車近光及遠(yuǎn)光燈，設(shè)計上功率均集中在40~60W之間，而高端汽車達(dá)到80W以上，再加上示寬燈，方向燈等等，在超高功率下所產(chǎn)生的熱能，想不超過 80℃實屬不易，那么要解決散熱問題，將是工程師的一道難題。

　　熱與空間密不可分，在空間大的條件下，可選擇最便宜的散熱解決方案。例如路燈，只要加大散熱鋁座就可以輕松地解決，但如果是手機加大后可能就沒人要了，如果不解決就會像拿了一塊燙手山芋，所以采用人工石墨散熱片將熱分散形成熱源周邊均溫化。

　　有了空間這個概念后，再了解發(fā)熱源與要求的上限溫度。發(fā)熱源是透過固體熱傳導(dǎo)將溫度傳到表面之后再傳到氣體，氣體對流慢且被動，所以先解決整體封裝材料及發(fā)熱源尤為重要。

　　大家熟知LED芯片是由電轉(zhuǎn)換成光，效率一般只有30%，其余70%均變成熱，而熱不及時散出，就會導(dǎo)致光效下降。如圖1，汽車大燈所采用的CSP結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)中有關(guān)系的，第一是多少瓦數(shù)產(chǎn)生多少熱量;第二是上下材料的導(dǎo)熱系數(shù)，這個因子影響整體的均溫性;第三是這些材料的厚度。表1是各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)，有了這些概念后，可以開始解決散熱問題了。

　　圖1 CSP結(jié)構(gòu)材料厚度

　　表1 封裝材料導(dǎo)熱占比

　　汽車大燈雖然體積夠大，但留的散熱空間并不多，且在追求亮度下，越來越多車廠采用大功率及多顆數(shù)LED。燈珠的前方是留給光線及反射鏡，后方才能留做散熱用。最簡單有效的散熱方法是加裝風(fēng)扇及熱導(dǎo)管，然而每增加一個零部件均有失效風(fēng)險，還有成本問題，所以LED封裝均溫化就成為各廠家努力的方向。

　　均溫化是在小面積散熱最重要的課題，結(jié)溫又如何在最短的時間傳導(dǎo)出來。圖三為結(jié)溫與壽命的關(guān)系曲線。

　　圖2 結(jié)溫與壽命關(guān)系曲線

　　結(jié)溫又要如何不超過客戶的規(guī)范，以下是LED封裝用不同的驅(qū)動電流所作出的熱結(jié)構(gòu)分析(如圖四)，在電流150mA時，兩者溫差不大，導(dǎo)熱好的陶瓷熒光片比玻璃低了2.5℃，但電流達(dá)到800mA時，差距就拉開到20.1℃。

　　圖3 驅(qū)動電流150mA時兩種LED封裝溫度分布

　　圖4 驅(qū)動電流800mA兩種LED封裝溫度分布

　　由此推論導(dǎo)熱占比，是解析LED散熱重要的方法，在小電流驅(qū)動下，溫度不會構(gòu)成LED燈的淬滅及老化。但在高電流下溫度影響非常大。所以好的封裝材料，是成就高品質(zhì)LED車燈最直接有效的方法。

　　將封裝層結(jié)構(gòu)中材料做對比分析，發(fā)現(xiàn)芯片及熒光層材料對散熱占比最高，而改變芯片影響的成本太大，更動熒光層材料相對更為劃算。表2是熒光層材料對比分析。

　　表2 熒光層材料對比

　　汽車大燈散熱一般廠商只考慮芯片質(zhì)量好壞，殊不知芯片也只是封裝材料之一，而國外廠商早已在基礎(chǔ)材料下足了功夫，一個燈珠的好壞，與散熱密不可分，而散熱的關(guān)鍵重點，在于材質(zhì)及所占比重。