1. 引言
高功率LED照明(如100W路燈、500W工礦燈)的光衰與PCB散熱直接相關——LED結溫每升高10℃,壽命縮短50%,某照明廠商曾因100W路燈PCB散熱不足,導致燈具使用1年光衰達40%,遠超行業(yè)20%的標準,售后成本增加200萬元。LED照明PCB需符合**GB/T 24825(LED模塊性能標準)** ,100W燈具LED結溫需≤85℃,光衰(1000h)≤10%。捷配深耕LED照明PCB領域7年,累計交付200萬+片高功率LED PCB,1000h光衰穩(wěn)定在8%以下,本文拆解散熱結構設計、基板選型、均熱工藝,助力解決LED光衰難題。
高功率 LED 照明 PCB 散熱的核心是 “降低 LED 結溫”,需遵循IPC-2221 第 6.6 條款對 LED PCB 的熱要求,聚焦三大技術關鍵點:一是基板導熱性能,LED 熱量 90% 通過 PCB 傳導至散熱體,普通 FR-4 基材(導熱系數(shù) 0.3W/(m?K))無法滿足需求,需選用陶瓷基板(氧化鋁:25W/(m?K)、氮化鋁:170W/(m?K))或金屬基 PCB(鋁基板:2W/(m?K))—— 捷配測試顯示,100W LED 用氧化鋁基板時,結溫 82℃;用 FR-4 時,結溫 115℃,光衰 45%;二是均熱結構設計,LED 陣列需布置在 “均熱銅箔” 上(面積≥LED 陣列面積 2 倍),銅箔厚度≥2oz,使熱量均勻擴散,避免局部高溫,均熱銅箔熱阻需≤0.5℃/W,符合GB/T 24825 第 5.3 條款;三是散熱體連接,PCB 與散熱體需用高導熱膠(導熱系數(shù)≥1.5W/(m?K))貼合,貼合面積≥PCB 面積 80%,否則熱阻增加 30%,按IPC-CC-830 標準,膠層厚度需控制在 50μm~100μm。高功率 LED PCB 熱失效中,70% 源于基板導熱不足,20% 源于均熱銅箔面積不夠,10% 源于散熱體連接不良,這一數(shù)據(jù)來自捷配 LED PCB 故障庫(2023 年,樣本量 1200 例),其中路燈 PCB 占比最高(45%)。
- 基板選型:100W 路燈 PCB 優(yōu)先選氧化鋁陶瓷基板(厚度 1.0mm~1.2mm,導熱系數(shù) 25W/(m?K)),500W 工礦燈選氮化鋁陶瓷基板(厚度 1.5mm~2.0mm,導熱系數(shù) 170W/(m?K)),需通過捷配 “導熱系數(shù)測試”(激光閃射儀 JPE-Laser-300,誤差≤±5%);
- 均熱銅箔設計:LED 陣列(如 10 顆 10W LED,2×5 排列)周邊布置均熱銅箔,面積≥40mm×80mm(LED 陣列 20mm×40mm 的 2 倍),銅箔厚度 2oz,銅箔與 LED 焊盤直接連接,用捷配熱仿真工具(JPE-Thermal-Sim 3.0)驗證,均熱后 LED 間溫度差≤3℃;
- 散熱體連接:選用漢高 Teroson TC 6100 導熱膠(導熱系數(shù) 2.0W/(m?K)),涂覆在 PCB 背面(面積≥PCB 面積 80%),膠層厚度 80μm,貼合鋁制散熱體(散熱面積≥500cm²),按IPC-TM-650 2.6.2.3 標準,PCB - 散熱體熱阻需≤1℃/W。
- 結溫測試:每批次抽檢 20 片 PCB,組裝 LED(如 Cree XP-L HI),在 25℃環(huán)境下點亮(100W 功率),用紅外熱像儀(JPE-IR-200)測 LED 表面溫度,結合熱阻計算結溫(結溫 = 表面溫度 + 熱阻 × 功率),需≤85℃;
- 光衰測試:按 GB/T 24825 標準,將燈具連續(xù)點亮 1000h,每 200h 測試光通量,光衰需≤10%,用積分球(JPE-Integrator-100)檢測;
- 高溫循環(huán)測試:在 - 30℃~60℃環(huán)境下循環(huán) 100 次(每次循環(huán) 2h),測試后 LED 結溫變化率≤5%,光衰增加量≤2%,用高低溫箱(JPE-TH-300)、積分球驗證。
高功率 LED 照明 PCB 散熱需以 “高導熱基板為基礎、均熱銅箔為核心、高效散熱連接為補充”,關鍵在于匹配 LED 功率密度,控制結溫在 85℃以下。捷配可提供 “LED PCB 定制服務”:陶瓷基板 / 金屬基 PCB 定制、熱仿真設計、光衰與結溫測試,確保燈具光衰達標。