COB LED的导热问题

COB LED越来越多被LED灯厂家接受，使用COB最常遇到的问题是，这么大的功率集中于很小的面积 内，散热的问题如何解决?首先是热量如何导出，采用什么样的界面材料好呢?而采用陶瓷基板封装，不 可以直接上螺丝如何固定到散热器上?采用粘接剂可以解决导热问题和安装问题吗?

1.COB LED的热传导途径

热阻thermal resistance(单位是℃/W或K/W)的定义为：当热量在物体内部以热传导的方式传递时，遇到的热阻称为导热热阻。下图为一个COB LED的应用图示：

参照串联电路中电阻的公式，热的传递所受的热阻(即单位功率的温升)为

Rja=Rjc Rcb Rbh Rba

其中，Rja为从发光二极管的结到室温的热阻，

Rjc是发光二极管的结到陶瓷基板的热阻，通常厂家会给出相应的数据，

Rcb是COB LED陶瓷基板与散热器接触面间的热阻，通常山界面导热材料决定， Rbh是散热器接的热阻，也是用于设计散热器的重要参数。

则，结温 Tj=Rja*P Ta= (Rjc Rcb Rbh Rba)*P Ta

其中，Ta为环境温度，Tj为结温，P为COB LED的功率。

2.Rjc的影响

在设计LED的散热方案时，必须要保证LED的结温必须要低于满足家厂给出的最高的Tj要求，比如CREE 的CXA2530最高Tj为150 C，通常厂家会给出Rjc的值，Cree的CXA2530的Rjc为0.8℃/W，也就是说，当 LED的功率为30W时，Tj=Tc 0.8*30=Tc 24℃。反之，如果要满足Tj<150℃的要求，陶瓷基板上的温度

Tc<126℃，当然越低越好。而这也就是在COB LED灯的设计中热设计要达到的目标。

3.界面材料的热阻影响

对于热流经过的截面积不变的平板，导热热阻为L/(kA)。其中L为平板的厚度，A为平板垂直于热流方向的截面积，k为平板材料的热导率。由此可以计算界面材料产生的热阻。例如：采用4.0W/m*K导热率的硅脂，涂抹在20mm*24mm的面积上,0.2mm厚度。

Rb=0.2*10-3m/[(20*24*10-6m2)*4.0W/m*K]=0.104K/W

对 30w COB LED,温升 30*0.104=3.125 K

对 50w COB LED,温升 50*0.104=5.20 K

下表为列出了计对不同功率的COB LED，在不同功率的工作条件下，采用不同导热系数的导热硅脂时，在界面会造成的温差。以30w LED为例，涂抹面积为19mm*19mm,涂抹厚度为0.2mm,采用1.5w/m*K导热系数的硅脂，热阻为0.369度/w,界面温差为11℃，而采用5.0w/m*K导热系数的硅脂时，热阻为0.111度/w，界面温差为3.32℃。

在这里解释一下如何选择取散热器：

以CITIZEN的CLL032-1212A5-50COB LED为例，这个LED正常工作于720mA时，前向电压为36.6V，稍微调大一点驱动电流，可工作于30w.供应商给出的结点到焊接点的热阻为0.8℃/w,也就是说结点到焊接 点的温差为24℃。如果我们为了保证一定时间内的光衰要求，将LED结点的工作温度设定为不超过125℃,那么在焊接点上测到的温度就不可以高于125-24=101℃。而COB与散热器之间界面在填充了导热硅脂后的温差(以1.5w/m*K导热系数为例)为11.8℃,这样到散热器的温度就不应超过90℃，如果室温为30℃,室温 与散热器上的温差不应超过90-30=60℃，就需要选择一个散热器能将30w的热量散出的同时温差在60℃以内，即散热器的热阻为2℃/w.

下面几张图是常用的几种LED灯散热的参数：

我们可以看到图示中的A60散热器的热阻为7℃/w，MR16散热器的热阻为10℃/W，图B中PAR20散热器的热阻为4.5℃/W，PAR30散热器的热阻为2.25℃/W，图C中一个体积为øl25mm*95mm纯被动铝制散热器的热阻为1.9℃/W，而另外一个采用了热管的散热器的热阻为1.49℃/W.为达到上面的30 COB LED的工作温度的要求，应选择图C中体积为øl25mm*95mm纯被动铝制散热器。而如果采用导热系数为5.0w/m*K的导热硅脂，界面温差为3.3℃，散热器上的最高温度可以为101-3.3=97℃,在相同的室温条件下，散热器的热阻要求为(97-30)/30=2.23℃/W，这时就可以选用图B中的PAR38作为散热器。这里的例子试图说明导热硅脂的导热系数为散热系统设计的影响。实际上，LED的功率越大，硅脂导 热系数的提升对系统散热的影响越大一些。

下表根据不同的Rjc和功率，计算出的允许的最大的Tc。在完全没有界面温升的理想条件下要求的散热器的热阻。实际上，当散热器的热阻要求小于2℃/W时，不得不采用主动式散热。

由上表可以发现，在大功率COB LED的应用中，采用不同导热系数的导热硅脂造成的接触面热阻的差 别还是很大的，进而对COB与散热器上的温差造成很大的不同。比如，50w情况下，5.0与2.0导热系数的 硅脂，造成的温差有6.5C度的差别，而80w情况下，5.0与2.0导热系数的硅脂，造成10C度的差别。当 客户想尽方法去散热，如果采用不合适的界面材料，会造成最终的散热效果达不到要求。