汽车车灯线路板散热你知道有什么设计吗？

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人气：1981发布日期：2023-05-12 09:27【大中小】

在着手进行汽车车灯线路板头灯设计前首先要考虑到法规中的有关条款，其中包括对光型亮度、环境测试和亮度衰减的要求。如法规GB4785-2007明确提出：对不属于用灯丝灯泡照明的全部设备，在亮灯1min、30min时发光强度的测量要满足附表最大、最小值要求。其根源在于LED自身特性所决定,LED结温愈高光输出愈低。散热设计是LED光源与传统光源不同之处的主题之一。

在传统的头灯设计上，灯泡本身的光子释放来自加热钨灯丝，不会因自身发出的热或来自引擎室的高温而影响亮度输出，散热重点落在整个头灯腔体的均温设计而非灯泡的散热，但在头灯材料的选择上则需考虑是否可承受来自灯泡的高温(头灯腔体约承受100℃的温度，雾灯腔内温度可高至300℃)，所以在此选用的材料一般都以耐热材为主。

对于LED而言，虽然LED的整体功率较小，辐射热量较灯丝灯泡光源小很多，并且随着LED技术发展现已可实现约50%的功率转换为光，但其余50%的功率则仍会转化成热量。考虑到LED芯片尺寸较小（毫米量级），如果这部分热量积聚在LED内部，LED芯片的热密度会很高，而其光子释放来自于PN接口的能阶跳动，与温度呈现负相关，温度越高则光源输出越弱。这正是大功率LED散热必须解决的关键问题之所在。

目前业内使用的LED类型很多，其光学和热学特性差异较大；即使是同品牌、类型相近的LED，其光学和热学特性差异仍然很明显。对于不同类型的LED，考虑到其不同的芯片技术和光学特性，其光衰特性差异很明显，需要在选用LED时重点考虑其本身的特性差异。另外，PCB差异对LED散热设计也有影响。目前常用PCB通常有4种，按材质区分为3类：铝基板线路板MCPCB、FR4板、柔性线路板FPC。线路板设计要综合考虑成本、结构可行性和散热特性，因此需要在结构设计初期提供有一定参考意义的散热要素。其中包括：线路板材料、线路板面积、散热器材料、散热器面积。

LED热量分析工作的主体是LED，是为了保证LED有稳定的光输出，满足配光特性要求，并且满足PN结结点温度的限制，以满足寿命要求；其间涉及到与它工作相关的PCB和PCB上元器件的热量问题。在LED灯具设计前期，涉及多个部门的工作，配光设计、电子电路设计、热量分析、结构设计，这些部门的工作在前期需要相互协作。

当PCB数据，结构数据全部确定之后,LED灯体的电脑辅助评估—CAE将完成。第一，对结构数据,PCB及HDI元器件进行简化预处理，再导入到分析软件中，划分网格并构建数据模型。在进行LED数据转化时，并没有反映出LED内部电路设计，散热设计和封装等方面的区别，而是按照LED的实际形状进行设计，简化为1个方柱或圆柱实体，大小与LED形状尺寸一致。

数据模型完成后，需要在分析软件中完成对所有元件赋材料属性、设定边界条件，然后求解稳定状态下的结果；也可进行1min和30min的瞬态结果模拟，通过1min和30min的温度结果，结合LED的光输出—温度特性曲线，了解该光衰下配光能否满足要求。在分析软件中，有对应的PCB和LED等元件的材料属性可供选择，并且有参数可以编辑。对PCB可以编辑电介质层和导电层的材料属性；对LED可以编辑热阻大小，LED内部热设计特性的优劣就体现在该参数上。设定边界条件涉及到元器件的功率大小、环境温度以及边界对流换热系数等参数。在分析软件中的所有设置，需要尽可能地与实际相同，尽可能地降低模拟与实际情况的差异。

在现实中,LED所产生的热量是如何散送到外界环境中去，这和其封装结构材料有着密切的关系，这就涉及到所用散热材料及有关外型问题。就目前封装技术而言，最多可以使LED在185°C下运行，但是通常由于封装胶材等原因可以使运行温度达到125°C左右，除光源输出效率外，还需考虑封装胶材质量问题（树脂类材料存在高温老化）。

（封装与散热热阻关系）

引擎室的温度在灯具附近最高可到85℃，观察相关热阻，R_Junction-Slug、R_Slug-Board都决定于封装体，对设计者而言只能针对R_Board-Ambient努力，其中包括如何将封装体固定于散热基板上、散热结构外型设计、主被动散热考虑与外部环境等条件。因此在此处应该进行相关模拟设计，取得灯具在引擎室内的流场与温度条件后再考虑所需的散热模式，若选用被散动热得需要较大的散热空间，对引擎而言是不小的负担，若选用主动式散热，虽然所需散热环境较小，但因为增加了风扇等可动件，反而需考虑此可动件可否通过车灯上的相关法规，包括震动、粉尘、腐蚀与湿气等严苛环境。

LED技术仍在快速发展，持续更新，光学与热学性能设计会越来越完善，为它在汽车车灯中的运用提供了较好的支持。作为LED应用者有必要对其应用数据库进行实时更新，并不断累积经验以便对前期设计起到良好借鉴作用；在软件模拟中参数设置方面，同样要不断地累积，后续，尽量缩小与现实之间的差距，从而为LED汽车灯具提供更优质的热量设计方案。

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