导热塑料在LED应用-Microsoft-Word-文档-(4).doc

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1、导热塑料用在LED上(2013-06-1818:10:53)转载▼随着温室气体排放引起全球气温变暖，人们增强了节能环保意识。新型节能电致发光二极管（LED）的使用备受国际社会的关注。由于LED具有体积小、发光效率高、能耗低、亮度高、环保等优点，各国政府加大对LED研发的资金资助和相应政策支持。在过去十年中，LED技术得到了快速发展。目前LED已在广告媒体视频屏幕、汽车车灯、背光光源、标识与指示性照明、景观照明、室内照明（白色LED）领域得到了广泛应用。通常高功率LED（HPLED）输入功率中有15%～20%的能量转变成光，余下80%～85

2、%的电能均转变成热。如果不能将集中在尺寸仅为1mm×1mm×0．25mm芯片内的热量及时散逸出去，则会导致芯片温度升高和应力分布不均匀。当LED的结点温度超过器件能承受的最高温度时，LED的光输出特性将会永久性的衰减。研究表明，LED的工作温度从63℃升至74℃，LED的使用寿命少了3/4。一般PN结点温度不能超过110℃，随着PN结点温度上升，发光材料的禁带宽度减小，导致LED发光光波向红波长方向位移，使白光色度变差。驱动LED工作的半导体器件允许工作温度低于100℃，当LED器件温度上升到120℃时，亮度下降35%且引起高分子结构材料

3、的降解。导热塑料是解决LED芯片散热的优选材料，它可以把LED发发光产生的热量及时导出，有效地降低结点温度。因此，导热塑料的研制和应用也是今后LED在市场获得发展的关键问题。导热塑料在LED中的应用导热塑料可以制作LED部件如外壳、散热器、基板、反射器、插件和其它部件等。近几年来国际上许多塑料公司研发出了多种导热塑料，大多选用工程塑料和通用塑料为基材，如PA、LCP、PPS、PET、PBT、PEEK、ABS、PP等。一般塑料的热导率只有0．2W/（m·K）左右，如果在塑料中填充导热填料，其热导率可在1W/（m·K）～20W/（m·K）左右

4、，是传统塑料热导率的5～100倍。导热填料可分为导热无机绝缘填料和导热非绝缘填料两大类。导热无机绝缘填料有Al2O3、BN、AlN、ZnO、MgO等；非绝缘导热塑料填料有导电率和热导率均较高的金属粉、石墨、炭黑、碳纤维等。前者与塑料基体相互混合可制成导热绝缘塑料，后者为导热非绝缘塑料。导热塑料可以取代传统的铝做成散热器。导热塑料的密度要比铝轻，差不多为铝的一半，所以塑料散热器的质量只有铝散热器的1/2。塑料散热器可用注射成型加工，其成型周期可以缩短20%～50%。用导热绝缘塑料散热器就可以采用非隔离式电源而不必担心其安全问题。塑料散热器的

5、唯一缺点是单价比较贵，所以目前还不适用于LED路灯一类大型LED散热器中，而只适合于室内小功率LED灯具。LED灯具外壳用导热塑料塑料的热导率一般在0．14～0．34，属于介电绝缘材料，美国CoolPolymer公司于2000年开发导热塑料并建立第一条工业化生产线，在电器、医疗、航空航天、汽车、照明、笔记本电脑中广泛应用，随后各国塑料公司都开展了导热塑料的生产。目前，国外生产导热塑料的主要厂商和产品牌号，见表1。用塑料代替铝做LED灯具外壳，首先要注意选用的塑料要有较高的散热性能，即较高的热导率，同时具备高强度。LED用工程塑料的性能见表

6、2。从表2可看出，这些工程塑料都有高熔点和优良的力学性能，这是因为灯具外壳并没有散热翅片，为减少壳体热阻，要求薄壁壳体，所选用的塑料必须具有高熔点、高模量和高强度，并能经受多次高低温循环试验。性能，这是因为灯具外壳并没有散热翅片，为减少壳体热阻，要求薄壁壳体，所选用的塑料必须具有高熔点、高模量和高强度，并能经受多次高低温循环试验。LED灯具中的其它塑料部件LED灯具中的塑料部件还有反射器、手柄、紧固部件、接口、滑动部件、风扇叶片、操作部件、光孔道等。这些部件除了选用上述工程塑料外还可选用聚碳酸酯（PC）、PBT、聚甲醛（POM）、增强PP

7、等注射成型。大功率LED封装结构中各种材料的热导率见表3传热示意图见图1图1中，芯片（GaN）封装在添加荧光粉的环氧树脂中，芯片衬底是蓝宝石（Al2O3），LED模块用粘合剂粘贴在导热基板（Cu）上，芯片顶端引线将LED产生的热量直接导入导热基板。基板用导热粘合胶与系统电路板平整贴合，系统电路板与热沉（Al）之间是一层导热绝缘弹性体薄膜（热界面材料）。LED发光产生的热通道向下传递到热沉，最后与导热塑料灯壳进行热交换将热量散逸到环境中。为提高热传导效率，必须选择高导热系数的塑料和减少层间空隙及通道层间热阻。国内外导热塑料研究进展国外生产导

8、热塑料的跨国塑料集团公司：有CoolPoly-mers，Albis，Laticonther，Ovationpolymers，Ticona，DSM，LNP等。荷兰DSM公司推出了PA46，它与P