《表1 LED模组不同部位温度值Tab.1 Temperature value of different part of LED module》

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《嵌埋陶瓷散热基板对白光LED性能的影响》

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图3（a）、（b）分别是使用两种不同散热基板材料的LED模组的灯珠结温、灯珠引脚及散热器表面的温度曲线，表1是根据图3（a）、（b）所获取的各测温点的温度值。结合图3与表1可以看出，在使用导热率为2 W/（m·K）的MCPCB与嵌埋陶瓷基板同时对15 W OBF 1×5 LED进行散热时，LED的引脚温度与散热器的表面温度均相差不大，而前者LED初始结温和稳定状态的结温都明显高于后者，这间接说明MCPCB的导热率要低于嵌埋陶瓷基板。有研究指出[16-18]，当热源面积比散热基板面积小时，一部分热量会沿着水平面发生扩散，由此而产生一个扩散热阻，其大小为两点温度梯度与流过热量的大小之比值。因此，材料的总热阻由材料厚度方向的一维热阻和水平面上的扩散热阻所组成。当使用普通MCPCB作为LED的散热基板时，因绝缘层导热系数较低，热量在水平面上容易聚集，不易扩散，因而在水平面上会产生一个较大的温度梯度，根据扩散热阻计算公式可知，此时的扩散热阻很大；而在材料的厚度方向上，热量必须经过铜箔-导热绝缘层-金属基座依次向下传导。而在层与层之间，不同材料间会存在一个界面热阻并阻碍热流的运动[19]。因金属导热以自由电子的运动和晶格整动（声子传播）的方式同时进行，但绝缘层属于非金属材料，电子无法进入其中，且对声子的接受或输出能力有限[20]，所以铜箔与绝缘层之间、绝缘层与金属基座之间主要依靠声子进行热传导[21]，这样就在材料的厚度方向上会产生一个较大的一维热阻。鉴于普通金属基板的扩散热阻和一维热阻均较大，因此其导热率难以得到有效提升。而嵌埋陶瓷基板则不同，陶瓷片自身拥有较高的导热率，虽然FR4自身导热率极低，在二者的界面上也存在界面热阻，但陶瓷与FR4之间完全依靠声子进行热传导，声子跨越FR4/Al N界面的几率较跨越金属/导热绝缘层的概率要大。因此，在水平方向上，热量聚集程度有所降低，较之MCPCB可形成一个较为平缓的温度梯度。根据扩散热阻计算公式可知，此时的扩散热阻较MCPCB水平方向上的要小一些。在嵌埋陶瓷基板的厚度方向上，因陶瓷/FR4界面热阻的存在，大部分热量被限制在陶瓷片范围之内，只能沿着陶瓷厚度方向传导，而陶瓷本身又具备极高的导热率，一维热阻较小，为热量的传播提供了有利的通道。因此，嵌埋陶瓷基板因总热阻较小，较之MCPCB更具散热优势，具备较好的散热性能。