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

圖1：常見的汽車LED大燈

假設其中某一款的規(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的光電轉換效率很低，工作過程中只有10%～25%的電能轉換成光能，其余的幾乎都轉換成熱能。另外，汽車前大燈一般都安裝在炙熱的發(fā)動機艙內，高溫水箱、引擎、排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱將LED前大燈置于嚴酷的工作環(huán)境中。LED的光輸出會因為自身的熱或來自發(fā)動機艙的高溫而影響本身PN結溫穩(wěn)定，LED光通量ФV和波長等重要參數(shù)受到PN結溫的直接影響，這種不良的溫度循環(huán)將導致發(fā)光效率和壽命急劇下降。因此散熱成為LED作為汽車大燈光源設計的重要課題。

圖2：汽車LED大燈的結構解剖圖

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進行散熱。LED工作時所產(chǎn)生的熱量通過傳導方式經(jīng)由電路板被傳導到熱傳導率較好的鋁質散熱器上。鋁質散熱器的翼片與空氣大面積接觸將熱散發(fā)開來。相關的熱傳導示意圖如下。

為了有效地減小散熱器和電路板之間的熱阻，其間填充了導熱介質。但電路板本身的導熱系數(shù)，往往制約著整個系統(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，其導熱系數(shù)約為0.25～0.4W/M.K。正是由于其導熱系數(shù)較低，大功率LED的熱量無法有效的傳遞到外部的散熱器上。針對這種要求，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。

為更加真實的展示92ML板材相對于FR4板材的良好導熱特性，我們進行了相關的實驗。

實驗條件為：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，一個小時后，用紅外測溫儀測試并記錄其溫度。

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的結點溫度，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。