【应用】可丝网印刷的单组份导热凝胶助力高功率LED散热设计，导热系数3W/m·k

时间： 2021-12-24 来源：世强

技术问答

说起LED，想必大家并不陌生，其在我们生活场景中可以说是随处可见；像路灯、交通信号灯、显示屏、汽车、LCD背光源、医疗、航空照明等应用领域，都有它的身影。LED作为发光器件，事实上、其并不能将输入的电能100%的转化为肉眼可见的光线，甚至转化效率不到40%；这也就是说，有将近60%的能量会以热的形式对外耗散，并引起芯片结温及周围器件的温度大幅上升。而LED的寿命跟芯片结温息息相关，散热的好坏则直接决定了LED长期使用的可靠性。

如上是某专业厂商开发设计的一款高功率LED产品，热功耗大概7W，需要通过良好的散热设计将LED芯片温度控制在90℃以内。受限于LED内部空间，其一般是采用自然散热的方式将芯片的温度传导至散热器，再借由与外界环境的热交换，进而达到控制温升的目的。

我们先了解下芯片部位的热量流动途径：芯片产品的热量通过底部金属块，经焊料传至PCB（铜基板/铝基板），再采用导热界面材料降低PCB与散热器间接触热阻，实现热量的快速转移。常用的导热界面材料主要包括导热垫片、导热硅脂、导热凝胶等，相较于导热硅脂及导热凝胶，导热垫片常规厚度最薄一般都在0.5mm，其热阻显然逊色于液态膏状导热材料。

为追求生产效率，自动化/机械化操作方式更符合行业应用发展趋势，在这个层面，导热硅脂及导热凝胶显然优于重度依赖人工操作的导热垫片；但是，导热硅脂也有自身的应用局限性，长期使用过程中会存在小分子硅氧烷挥发、变干、粉化等问题，这对于LED的寿命及可靠性无疑是巨大的威胁。综合多种因素，导热凝胶用于LED散热，显然是最合适的选择。

那么，可用于LED散热的导热凝胶需要具备哪些设计要求呢？

1、通过前期热仿真，其导热系数需满足至少2.5W/m·k，低热阻；

2、易施工、可返修；

3、低挥发、长期使用可靠性高；

4、耐温性好、适用于户外环境；

Parker Chomerics旗下的THERM-A-GAP™ GEL 8010正是这样一种符合所需要求的单组份导热凝胶，其不会固化，可长期保持良好的触变性，涂覆于LED发热源及外壳间，可具有以下一些应用优势：

1、其导热系数典型值为3W/m·k，液态膏状材料、随结构成型，可有效排除间隙中残留的90%及以上的空气，有利于降低接触热阻，提升热传导效率，避免热量过多堆积。实测芯片温度在85.74℃，从而实现将芯片温度成功控制在90℃以内，满足热设计要求。

2、其流速为60g/min@90psi（30ml针管包装），粘度低，易于施工；可适配丝网印刷工艺，最薄涂覆厚度低至0.05mm，且表面一致性好，避免局部热点及散热不均问题。

3、参照ASTM E595测试标准，其TML为1.33%，CVCM低至0.34%，小分子硅氧烷含量极低，可有效避免长期使用过程中因小分子挥发引起的污染问题；永不固化的特性，也赋予其易于返修的功能，方便LED产品后期的维护。

4、除了出色的热性能及操作性之外，其还具有优异的电气绝缘特性。体积电阻率为1014Ω.cm，可耐受8KV@1mm的高压而不会被击穿，大大降低了短路的风险，使用安全性高。

5、其可在-55℃~200℃温度范围内长期工作，耐温性好，环境适应性强；可有效抵抗高温失效及低温催化的问题，可保证长期使用的性能一致性和稳定性，可靠性高。

6、其符合ROHS环保及UL 94 V-0阻燃认证要求，是一款环境友好型材料，符合安规要求。

所以，THERM-A-GAP™ GEL 8010非常适用于LED部位的散热，适配丝网印刷工艺，大大降低人力物力成本；性能一致性及稳定性更是为LED长期使用的寿命及可靠性加上了多重保险。如需了解其更多的技术信息，请查阅THERM-A-GAP™ GEL 8010 & GEL 30 High Performance Fu (sekorm.com)。

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