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高功率 LED 照明 PCB 散热结构设计指南

来源:捷配 时间: 2025/11/18 09:27:46 阅读: 26

1. 引言

 高功率LED照明(如100W路灯、500W工矿灯)的光衰与PCB散热直接相关——LED结温每升高10℃,寿命缩短50%,某照明厂商曾因100W路灯PCB散热不足,导致灯具使用1年光衰达40%,远超行业20%的标准,售后成本增加200万元。LED照明PCB需符合**GB/T 24825(LED模块性能标准)** ,100W灯具LED结温需≤85℃,光衰(1000h)≤10%。捷配深耕LED照明PCB领域7年,累计交付200万+片高功率LED PCB,1000h光衰稳定在8%以下,本文拆解散热结构设计、基板选型、均热工艺,助力解决LED光衰难题。

 

2. 核心技术解析

高功率 LED 照明 PCB 散热的核心是 “降低 LED 结温”,需遵循IPC-2221 第 6.6 条款对 LED PCB 的热要求,聚焦三大技术关键点:一是基板导热性能,LED 热量 90% 通过 PCB 传导至散热体,普通 FR-4 基材(导热系数 0.3W/(m?K))无法满足需求,需选用陶瓷基板(氧化铝:25W/(m?K)、氮化铝:170W/(m?K))或金属基 PCB(铝基板:2W/(m?K))—— 捷配测试显示,100W LED 用氧化铝基板时,结温 82℃;用 FR-4 时,结温 115℃,光衰 45%;二是均热结构设计,LED 阵列需布置在 “均热铜箔” 上(面积≥LED 阵列面积 2 倍),铜箔厚度≥2oz,使热量均匀扩散,避免局部高温,均热铜箔热阻需≤0.5℃/W,符合GB/T 24825 第 5.3 条款;三是散热体连接,PCB 与散热体需用高导热胶(导热系数≥1.5W/(m?K))贴合,贴合面积≥PCB 面积 80%,否则热阻增加 30%,按IPC-CC-830 标准,胶层厚度需控制在 50μm~100μm。高功率 LED PCB 热失效中,70% 源于基板导热不足,20% 源于均热铜箔面积不够,10% 源于散热体连接不良,这一数据来自捷配 LED PCB 故障库(2023 年,样本量 1200 例),其中路灯 PCB 占比最高(45%)。

 

 

3. 实操方案

3.1 散热结构三步设计(操作要点 + 数据标准 + 工具 / 材料)

  1. 基板选型:100W 路灯 PCB 优先选氧化铝陶瓷基板(厚度 1.0mm~1.2mm,导热系数 25W/(m?K)),500W 工矿灯选氮化铝陶瓷基板(厚度 1.5mm~2.0mm,导热系数 170W/(m?K)),需通过捷配 “导热系数测试”(激光闪射仪 JPE-Laser-300,误差≤±5%);
  2. 均热铜箔设计:LED 阵列(如 10 颗 10W LED,2×5 排列)周边布置均热铜箔,面积≥40mm×80mm(LED 阵列 20mm×40mm 的 2 倍),铜箔厚度 2oz,铜箔与 LED 焊盘直接连接,用捷配热仿真工具(JPE-Thermal-Sim 3.0)验证,均热后 LED 间温度差≤3℃;
  3. 散热体连接:选用汉高 Teroson TC 6100 导热胶(导热系数 2.0W/(m?K)),涂覆在 PCB 背面(面积≥PCB 面积 80%),胶层厚度 80μm,贴合铝制散热体(散热面积≥500cm²),按IPC-TM-650 2.6.2.3 标准,PCB - 散热体热阻需≤1℃/W。

 

3.2 量产热验证(操作要点 + 数据标准 + 工具 / 材料)

  1. 结温测试:每批次抽检 20 片 PCB,组装 LED(如 Cree XP-L HI),在 25℃环境下点亮(100W 功率),用红外热像仪(JPE-IR-200)测 LED 表面温度,结合热阻计算结温(结温 = 表面温度 + 热阻 × 功率),需≤85℃;
  2. 光衰测试:按 GB/T 24825 标准,将灯具连续点亮 1000h,每 200h 测试光通量,光衰需≤10%,用积分球(JPE-Integrator-100)检测;
  3. 高温循环测试:在 - 30℃~60℃环境下循环 100 次(每次循环 2h),测试后 LED 结温变化率≤5%,光衰增加量≤2%,用高低温箱(JPE-TH-300)、积分球验证。

 

高功率 LED 照明 PCB 散热需以 “高导热基板为基础、均热铜箔为核心、高效散热连接为补充”,关键在于匹配 LED 功率密度,控制结温在 85℃以下。捷配可提供 “LED PCB 定制服务”:陶瓷基板 / 金属基 PCB 定制、热仿真设计、光衰与结温测试,确保灯具光衰达标。

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