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 政府 LED散热解决方案分析
编者按： LED 线路设计为了更好的解决散热问题， LED 和有些大功率 IC 需要用到铝基线路板。
LED 铝基板设计选择
LED 线路设计为了更好的解决散热问题， LED 和有些大功率 IC 需要用到铝基线路板。
铝基板 pcb 由电路层 ( 铜箔层 ) 、导热绝缘层和金属基层组成。电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般 35 μ m~280 μ m; 导热绝缘层是 PCB 铝基板核心技术之所在，它一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成，热阻小，粘弹性能优良，具有抗热老化的能力，能够承受机械及热应力。 IMS-H01 、 IMS-H02 和 LED-0601 等高性能 PCB 铝基板的导热绝缘层正是使用了此种技术，使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能 ; 金属基层是铝基板的支撑构件，要求具有高导热性，一般是铝板，也可使用铜板 ( 其中铜板能够提供更好的导热性 ) ，适合于钻孔、冲剪及切割等常规机械加工。工艺要求有：镀金、喷锡、 osp 抗氧化、沉金、无铅 ROHS 制程等。
基材 : 铝基板产品特点：绝缘层薄，热阻小 ; 无磁性 ; 散热好 ; 机械强度高产品标准厚度： 0.8 、 1.0 、 1.2 、 1.5 、 2.0 、 2.5 、 3 .0mm 铜箔厚度： 1.8um 35um 70um 105um 140um 特点 : 具有高散热性、电磁屏蔽性，机械强度高，加工性能优良。 用途 : LED 专用 功率混合 IC(HIC) 。
铝基板是承载 LED 及器件热传导，散热主要还是靠面积，集中导热可以选择高导热系数的板材，比如美国贝格斯板材 ; 慢导热或散热国产一般材料即可。价格相差较大，贝格斯板材生产出成品大概需要 4000 多元平米，一般国产材料就 1000 多元平米。 LED 一般使用电压不是很高，选择 1mil 厚度绝缘层耐压大于 2000V 即可。
散热参考设计方法：
为什么要进行热设计 ?
高温对电子产品的影响 : 绝缘性能退化 ; 元器件损坏 ; 材料的热老化 ; 低熔点焊缝开裂、焊点脱落。
温度对元器件的影响 : 一般而言 , 温度升高电阻阻值降低 ; 高温会降低电容器的使用寿命 ; 高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降 , 一般变压器、扼流圈的允许温度要低于 95C ; 温度过高还会造成焊点合金结构的变化— IMC 增厚 , 焊点变脆 , 机械强度降低 ; 结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加 , 导致集电极电流增加 , 又使结温进一步升高 , 最终导致组件失效。
热设计的目的
控制产品内部所有电子元器件的温度 , 使其在所处的 工作环境条件下不超过标准及规范所规定的最高温度。最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础 , 并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。
LED 散热设计一般按流体动力学软件仿真和做基础设计。
流体流动的阻力 : 由于流体的粘性和固体边界的影响，使流体在流动过程中受到阻力，这个阻力称为流动阻力，可分为沿程阻力和局部阻力两种。
沿程阻力 : 在边界沿程不变的区域，流体沿全部流程的摩檫阻力。
局部阻力 : 在边界急剧变化的区域 , 如断面突然扩大或突然缩小、弯头等局部位置，是流体的流体状态发生急剧变化而产生的流动阻力。
通常 LED 是采用散热器自然散热，散热器的设计分为三步 1: 根据相关约束条件设计处轮廓图。 2: 根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化。 3: 进行校核计算。
散热器的设计方法
自然冷却散热器的设计方法
考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉 , 影响齿表面的对流，所以一般情况下，建议自然冷却的散热器齿间距大于 12mm , 如果散热器齿高低于 10mm ，可按齿间距≥ 1.2 倍齿高来确定散热器的齿间距。
自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，所以建议散热齿表面不加波纹齿。
自然对流的散热器表面一般采用发黑处理，以增大散热表面的辐射系数，强化辐射换热。
由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲击，建议大于 5mm 以上。
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