眾所周知，半導(dǎo)體材料在工作時(shí)受環(huán)境溫度影響較大，特別是在材料工作的高溫環(huán)境下。隨著汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，汽車LED大燈也逐漸替換鹵素?zé)襞?，成為新一代汽車的基本裝備。從日間行車燈到近光燈、甚至遠(yuǎn)光燈，LED大燈已經(jīng)無(wú)處不在。

圖1：常見的汽車LED大燈

假設(shè)其中某一款的規(guī)格大致為：輸入電壓12/24V，功率35/45W，LM為2600-3600。為滿足此規(guī)格，LED也必須采用大功率的產(chǎn)品。大功率LED的光電轉(zhuǎn)換效率很低，工作過程中只有10%～25%的電能轉(zhuǎn)換成光能，其余的幾乎都轉(zhuǎn)換成熱能。另外，汽車前大燈一般都安裝在炙熱的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，高溫水箱、引擎、排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱將LED前大燈置于嚴(yán)酷的工作環(huán)境中。LED的光輸出會(huì)因?yàn)樽陨淼臒峄騺?lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)艙的高溫而影響本身PN結(jié)溫穩(wěn)定，LED光通量ФV和波長(zhǎng)等重要參數(shù)受到PN結(jié)溫的直接影響，這種不良的溫度循環(huán)將導(dǎo)致發(fā)光效率和壽命急劇下降。因此散熱成為L(zhǎng)ED作為汽車大燈光源設(shè)計(jì)的重要課題。

圖2：汽車LED大燈的結(jié)構(gòu)解剖圖

圖2中黃色的部分為大功率LED器件。從上圖可以看出，大功率LED需要焊裝到電路板上，然后緊緊固定在散熱器上來(lái)進(jìn)行散熱。LED工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)方式經(jīng)由電路板被傳導(dǎo)到熱傳導(dǎo)率較好的鋁質(zhì)散熱器上。鋁質(zhì)散熱器的翼片與空氣大面積接觸將熱散發(fā)開來(lái)。相關(guān)的熱傳導(dǎo)示意圖如下。

為了有效地減小散熱器和電路板之間的熱阻，其間填充了導(dǎo)熱介質(zhì)。但電路板本身的導(dǎo)熱系數(shù)，往往制約著整個(gè)系統(tǒng)的散熱能力。傳統(tǒng)的LED安裝電路板是FR4材料，又稱為環(huán)氧玻璃布層壓板，其導(dǎo)熱系數(shù)約為0.25～0.4W/M.K。正是由于其導(dǎo)熱系數(shù)較低，大功率LED的熱量無(wú)法有效的傳遞到外部的散熱器上。針對(duì)這種要求，Rogers推出了92ML板材，該板材采用環(huán)氧樹脂填充陶瓷，導(dǎo)熱系數(shù)（Z軸）為2.0 W/m-K，是普通的FR-4材料的6-8倍。FR4和92ML板材的特性比較如下圖。

為更加真實(shí)的展示92ML板材相對(duì)于FR4板材的良好導(dǎo)熱特性，我們進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)條件為：在92ML和FR4PCB板上焊接專用的片式發(fā)熱電阻，在電阻的兩端增加固定的恒流源，使其發(fā)熱，一個(gè)小時(shí)后，用紅外測(cè)溫儀測(cè)試并記錄其溫度。

由上圖可見，在外部環(huán)境相同的條件下，92ML系列板材和FR4板材相比，其頂面（Top）的溫度可以降低約30℃，其底面（Bottom）的溫度可以降低約37℃。

綜上可知，92ML系列板材可以有效地降低汽車前大燈LED的結(jié)點(diǎn)溫度，從而使LED的使用壽命和發(fā)光效率大大增加，特別適合在穩(wěn)定性要求高、環(huán)境溫度更加苛刻、密封的環(huán)境下使用。