【应用】密封环境下的汽车LED大灯如何散热？

时间： 2019-09-03 来源：世强作者：Raymond

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微波电路板材,92ML,92ML SC B 24X18 H3/059AL2 0.006+-0. 001,92MLSC A 24X18 H1/059AL2 0030+-0007/DI

众所周知，半导体材料在工作时受环境温度影响较大，特别是在材料工作的高温环境下。随着汽车市场的蓬勃发展，汽车LED大灯也逐渐替换卤素灯泡，成为新一代汽车的基本装备。从日间行车灯到近光灯、甚至远光灯，LED大灯已经无处不在。

图1：常见的汽车LED大灯如下图

假设其中某一款的规格大致为：输入电压12/24V，功率35/45W，LM为2600-3600。为满足此规格，LED也必须采用大功率的产品。大功率LED的光电转换效率很低，工作过程中只有10%～25%的电能转换成光能，其余的几乎都转换成热能。另外，汽车前大灯一般都安装在炙热的发动机舱内，高温水箱、引擎、排气系统所产生的热将LED前大灯置于严酷的工作环境中。LED的光输出会因为自身的热或来自发动机舱的高温而影响本身PN结温稳定，LED光通量ФV和波长等重要参数受到PN结温的直接影响，这种不良的温度循环将导致发光效率和寿命急剧下降。因此散热成为LED作为汽车大灯光源设计的重要课题。

图2：汽车LED大灯的结构解剖图

图2中黄色的部分为大功率LED器件。从上图可以看出，大功率LED需要焊装到电路板上，然后紧紧固定在散热器上来进行散热。LED工作时所产生的热量通过传导方式经由电路板被传导到热传导率较好的铝质散热器上。铝质散热器的翼片与空气大面积接触将热散发开来。相关的热传导示意图如下。

热传导示意图

图3：热传导示意图

为了有效地减小散热器和电路板之间的热阻，其间填充了导热介质。但电路板本身的导热系数，往往制约着整个系统的散热能力。传统的LED安装电路板是FR4材料，又称为环氧玻璃布层压板，其导热系数约为0.25～0.4W/M.K。正是由于其导热系数较低，大功率LED的热量无法有效的传递到外部的散热器上。针对这种要求，ROGERS推出了92ML板材，该板材采用环氧树脂填充陶瓷，导热系数（Z轴）为2.0 W/m-K，是普通的FR-4材料的6-8倍。FR4和92ML板材的特性比较如下图。

为更加真实的展示92ML板材相对于FR4板材的良好导热特性，我们进行了相关的实验。
实验条件为：在92ML和FR4PCB板上焊接专用的片式发热电阻，在电阻的两端增加固定的恒流源，使其发热，一个小时后，用红外测温仪测试并记录其温度。

由上图可见，在外部环境相同的条件下，92ML系列板材和FR4板材相比，其顶面（Top）的温度可以降低约30℃，其底面（Bottom）的温度可以降低约37℃。

综上可知，92ML系列板材可以有效地降低汽车前大灯LED的结点温度，从而使LED的使用寿命和发光效率大大增加，特别适合在稳定性要求高、环境温度更加苛刻、密封的环境下使用。

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产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18

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描述- RO3000®系列高频电路材料是一种陶瓷填充PTFE复合材料，适用于商业微波和射频应用。该系列产品旨在提供卓越的电学和机械稳定性，同时保持具有竞争力的价格。这些基板在X和Y轴上的热膨胀系数（CTE）为17 ppm/°C，与铜匹配，提供了优异的尺寸稳定性。Z轴CTE为24 ppm/°C，即使在恶劣的热环境中也能提供出色的通孔可靠性。

型号- 3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3000,3003 12X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3010 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3010 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3035™,3003 24X18 H1/H1 0600+-003/DI,RO3003™,3003 12X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,RO3006PTFE 陶瓷,3003 12X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,RO3003陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3006 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 2ED/2ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,RO3000® SERIES,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,RO3006™,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3035PTFE 陶瓷,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3010™,RO3010陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 12X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 12X18 2ED/2ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 HH/H2 0050+-0005/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 24X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3006 24X18 H1/H1 0250+-001/DI,RO3010PTFE 陶瓷,RO3006陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 5R/5R R3 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,RO3003PTFE 陶瓷,3003 24X18 5ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3035 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 5RD/5RD 0100+-0007/DI,3003 24X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 1RD/1RD 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 H1/H1 0100+-0007/DI

2015年04月05日 - ROGERS - 数据手册 - Revised 1105 代理服务技术支持采购服务

Rogers（罗杰斯） RT/duroid 5880LZ 高性能板材数据手册

型号- RT/DUROID 5000,RT/DUROID® 5880LZ,RT/DUROID 5880LZ填充PTFE复合材料,5880LZ 12X18 5E/5E 0100+-001/DI

2016年01月01日 - ROGERS - 数据手册代理服务技术支持采购服务查看更多版本

Rogers（罗杰斯） RT/duroid 5870与RT/duroid 5880 高性能板材数据手册

描述- 本文档介绍了RT/duroid 5870和5880两种玻璃微纤维增强PTFE复合材料的特性。这些材料适用于精确的带状线和微带电路应用，具有均匀的电介质常数、低损耗因子、优异的化学耐腐蚀性等特点。它们广泛应用于商业航空宽带天线、微带和带状线电路、毫米波应用等领域。

型号- 5880 18X12 HH/HH 0620+-002/DI,RT/DUROID 5880PTFE 玻璃纤维,RT/DUROID 5880NS PTFE 玻璃纤维,5880 18X24 H1/H1 0600+-002/DI,5880 18X12 5E/040AL 0200+-001/,5880 18X12 HH/HH 1250+-004/DI,RT/DUROID 5880NS填充PTFE复合材料,5880 18X48 5E/5E 0400+-0015/DI,5880 18X12 1E/1E 0100+-0007/DI,5870 18X24 2E/2E 0310+-001/DI,5880 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,5880NS 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,5880 18X12 H1/H1 0310+-001/DI,5880 18X12 1E/187BR 0200+-001/DI,5880 18X24 HH/HH 0400+-0015/DI,5880NS 18X24 H1/H1 0100+-0007/DI,5880 18X24 H1/H1 1250+-004/DI,5880 18X12 5R/5R 0620+-002/DI,5880 18X24 H1/H1 0200+-001/DI,RT/DUROID® 5880,5880NS 18X24 HH/HH 0100+-0007/DI,5880 18X12 HH/HH 0310+-001/DI,5880 18X24 HH/063AL 0200+-001/DI,5880 18X24 HH/HH 0750+-003/DI,5880 18X24 HH/HH 0620+-002/DI,5880 18X24 1E/1E 0100+-0007/DI,5880 18X24 HH/HH 0200+-001/DI,5880 18X12 5R/5R 0310+-001/DI,5880 18X12 5E/040AL 0100+-0007/DI,5880 18X24 5E/063AL 0200+-001/DI,RT/DUROID 5000,RT/DUROID 5870 PTFE 玻璃纤维,5880 18X12 5E/040AL 0400+-0015,5880 18X12 5E/5E 0400+-0015/DI,5880 18X24 HH/HH 0310+-001/DI,RT/DUROID® 5870

2013年04月30日 - ROGERS - 数据手册 - Revised 03/2011, 0939-0311-0.5 代理服务技术支持采购服务

Rogers（罗杰斯） RT/duroid 6006/6010LM 高性能板材数据手册

描述- 本资料介绍了RT/duroid® 6006和RT/duroid 6010LM两种微波基板材料。这两种材料专为电子和微波电路应用设计，具有高介电常数、低损耗、良好的热稳定性和耐湿性等特点。

型号- RT/DUROID 6006 PTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 HH/HH 0250+-001/DI,6010.2LM 20X20 HH/HH 0250+-001/DI,6006 10X20 2E/2E 0100+-001/DI,6010.2LM 20X20 1E/063AL 0250+-001/DI,6010.2LMNS 20X20 HH/HH 0050+-0005/DI,6010.2LM 20X20 H1/063AL 0100+-001/DI,RT/DUROID® 6010LM,6010.2LM 10X10 2E/150AL 0250+-001/DI,RT/DUROID® 6006,6010.2LM 10X10 H2/H2 0500+-002/DI,RT/DUROID 6000,RT/DUROID 6010.2LMNSPTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 5E/5E 0100+-001/DI,6010.2LM 10X20 H1/200AL 0250+-001/DI,6010.2LM 10X10 H1/H1 0100+-001/DI,RT/DUROID 6010.2LMPTFE 陶瓷,6010.2LM 10X10 HH/HH 0400+-0015/DI,6010.2LM 20X20 HH/200ALTT 0250+-001/DI

2011年03月01日 - ROGERS - 数据手册 - Revised 03/2011 0938-0111-.5CC 代理服务技术支持采购服务

【选型】比传统FR-4材料高6-8倍导热系数的92ML板材，助力解决高端通信电源、工业电源的散热问题

传统的电源电路板是FR4材料，又称为环氧玻璃布层压板，其导热系数约为0.25～0.4W/M.K。ROGERS推出了92ML板材，该板材采用环氧树脂填充陶瓷，导热系数（Z轴）为2.0 W/m-K，是普通的FR-4材料的6-8倍。以有效降低高端通信电源/工业电源中大功率器件的结点温度，从而使器件的使用寿命大大增加，特别适合在稳定性要求高、环境温度更加苛刻、密封的环境下使用。

2016-10-12 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

Rogers（罗杰斯） RT/duroid 6002 板材数据手册

描述- RT/duroid® 6002 是一种高性能微波材料，具有低损耗、低介电常数和高频性能。该材料适用于设计复杂微波结构，具有良好的机械和电气特性，适合用于滤波器、振荡器和延迟线等应用。

型号- RT/DUROID 6006NS,6002 18X24 H1/H1 0300+-001/DI,6002 18X24 H1/H1 0400+-0015/DI,6006NS 10X20 H1/H1 0050+-0005/DI,6002 18X12 H2/H2 0050+-0005/DI,6002NS 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,6002 18X24 HH/HH 0050+-0005/DI,6002 18X12 5E/5E 0500+-0015/DI,RT/DUROID 6002,RT/DUROID 6000,6002 18X12 H1/H1 1100+-004/DI,6002 18X12 1E/1E 0100+-0007/DI,6002 18X24 5E/100OHM-5E 0200+-001/DI,6002 18X24 HH/HH 0400+-0015/DI,6002NS 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,RT/DUROID 6002NSPTFE,6002 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,6002 18X12 1E/1E 1100+-003/DI,RT/DUROID®6002,6002 18X12 HH/HH 0200+-001/DI,6002 18X24 5E/50OHM-5E 0200+-0015/DI,6002 18X12 HH/HH 0500+-0015/DI,RT/DUROID 6002PTFE

2017年07月13日 - ROGERS - 数据手册 - Revised 1019 052013 代理服务技术支持采购服务

Rogers（罗杰斯） TMM 板材数据手册

描述- 本资料介绍了TMM®热固性微波材料的特点和应用。该材料适用于多种高频电路应用，具有优异的介电常数、机械性能和良好的可靠性。其独特的热膨胀系数与铜相匹配，有助于提高通孔的可靠性和减少蚀刻收缩值。

型号- TMM10I,TMM4 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,TMM 3碳氢化合物陶瓷,TMM13I,TMM10I 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,TMM6,TMM 4碳氢化合物陶瓷,TMM 13I 碳氢化合物陶瓷,TMM6 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,TMM4,TMM6 18X12 1E/1E 2500+-0015/DI,TMM10I 18X12 5E/5E 0300+-0015/DI,TMM3 18X12 1E/1E 0150+-0015/DI,TMM 10I碳氢化合物陶瓷,TMM10 18X24 5E/5E 5000+-0015/DI,TMM10,TMM,TMM 10碳氢化合物陶瓷,TMM 6碳氢化合物陶瓷,TMM10 18X12 5E/5E 0400+-0015/DI,TMM3,TMM10 18X12 5E/040AL 0400+-0015/DI,TMM13I 18X12 5E/5E 2500+-0015/DI,TMM®

2013年06月24日 - ROGERS - 数据手册 - 0797-0508-0.5CC Publication #9 代理服务技术支持采购服务

【应用】Dk为3、Df低至0.0013的高频板材，点对点微波通信优选

点对点微波电路设计必须采用低损耗电路，板材的选择非常重要。 ROGERS高频板材Ro3003以较低Dk值3且温度稳定性一致性好，低Df达0.0013成为首选。

2019-09-02 - 新应用代理服务技术支持采购服务

Rogers（罗杰斯） RO4000系列高频线路板材数据手册（中文）

型号- 4003C 24X18 1E/1E 0080+-001/DI,4003C 48X36 1E/1E 0320+-002/DI,4003C 12X18 1E/1E 0320+-002/DI,RO4350B,4003C 12X18 1E/1E 0080+-001/DI,4003C 24X18 5TC/5TC 0087+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0080+-001/DI,4003C 48X36 5E/5E 0320+-002/DI,4003C 48X36 1E/1E 0200+-0015/DI,4003C 24X18 5E/5E 0320+-002/DI-RSZ,4003C 48X36 1E/1E 0080+-001/DI,RO4003C 碳氢化合物陶瓷,R04003C,4003C 24X18 5E/5E 0160+-0015/DI,4003C 24X18 1E/1E 0200+-0015/DI,4003C 48X36 5E/5E 0200+-0015/DI,4003C 24X18 5TC/5TC 0127+-001/DI,RO4000,4003C 24X18 1E/1E 0600+-004/DI,4003C 24X18 5E/5E 0200+-0015/DI,4003C 48X36 1E/1E 0600+-004/DI,4003C 48X36 5E/5E 0080+-001/DI,4003C 24X18 5E/5E 0600+-004/DI,4003C 24X18 1E/1E 0120+-001/DI,4003C 24X18 1E/1E 0160+-0015/DI,4450B BOND PLY 24X20 UNPUNCHED SHEET,4003C 48X36 5E/5E 0600+-004/DI,RO4450B碳氢化合物陶瓷半固化片,4003C 24X18 1E/1E 0320+-002/DI,4003C 24X18 5E/5E 0120+-001/DI,4003C 24X18 1TC/1TC 0207+-0015/DI,4450B BOND PLY 14X24 UNPUNCHED SHEET,4003C 12X18 1E/1E 0160+-0015/DI,4003C 48X36 5E/5E 0120+-001/DI

2011年11月01日 - ROGERS - 数据手册代理服务技术支持采购服务