原创 白光LED光衰原因

白光LED光衰原因之LED封装底座（支架）材料的导热不良

本文主要介绍白光LED光衰原因之LED封装底座（支架）材料的导热不良。插件型的小功率 LED，芯片固定用的支架材料一般是铁质，从散热的角度看，铁质材料是很差的。同时，支架向外引出的部分，截面积很小，这也更增加了热阻。即使是食人鱼支架，也同样存在截面积小的问题①。材质和结构，决定了小功率插件封装导热能力很差。

虽然也有用到黄铜的支架，但黄铜的导热系数只有铁的 1 倍、纯铜的 1/3 左右，也不能起到多大的改善，而成本极大上升，有点得不偿失的味道。

贴片型的 LED，底座主体是玻璃纤维、塑料或陶瓷材料，上面有薄的铜皮。LED 芯片固定在铜皮上。铜的导热系数很高，但是，由于铜皮很薄，增加了热阻。即使这样，由于贴片体积很小，虽然铜皮薄，但热路径很短，热经过短的路径传递到外界的 PCB 上，所以，适当地做好外界散热措施，贴片型 LED 的寿命要明显优于插件型 LED 的寿命。试验表明，同一时期的插件和贴片白光 LED，贴片白光 LED 的寿命要长于插件白光 LED 寿命的 4～5 倍。

大功率封装的底座一般都是采用纯铜材料，一方面，导热系数很高，另一方面，截面积很大，使得热阻大大降低。

同样的小功率芯片，用小功率支架封装，和用大功率底座封装，寿命会有极大的不同。我们用 10×12mil2 芯片，9 个并联固于大功率底座上，用总电流 350mA 工作做寿命试验，7600 小时光衰 23％。根据变化趋势预计寿命在 1.8 万小时。而它的芯片上的电流密度达到0.324mA/mil。小功率封装时工作的电流密度只有 0.167 mA/mil。可见，芯片上电流密度增大了近 1 倍，寿命却增加了 9 倍以上！就是
 
图1  9 个小芯片用大功率底座封装
因为采用了导热好的材料和较大面积的底座。热流不仅只在径向流动，还有横向流动，所以要径向和横向的热阻都小才好。

另外，小功率插件很难直接加散热器，贴片加散热器还要通过铝基板之类的过渡材料，而大功率封装的 LED，底座可以直接接触散热金属。因此，大功率的优势是极大的。

有些人用陶瓷材料做为芯片的底座，不了解的人还认为这样很好，比常规的铜底座的还好。其实，现在 LED 封装所用的陶瓷材料是 Al203，它的导热能力远远低于纯铜和纯铝，最好也就相当于做散热器用的合金铝。价格也不低，脆性大。好处就是热膨胀系数小。其实，只要 LED 芯片的温度控制到不是很高（LED 芯片也不允许过高的温度）或很低，底座材料与芯片之间的热膨胀系数不匹配而引发的问题并不是很突出的。

对于 LED 芯片，底座的选择，除了首先是要用作固定芯片的载物台外，接下来就是要考虑如何将热导出去；第三才是考虑其它的问题。

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