LED产品的发热和安全绝缘问题分析[2]

　　3 提高LED 产品安全绝缘的方法

　　目前绝大多数的LED 灯具中都采用了铝基板。铝基板上电路的铜箔为了要导电和导热要有足够的厚度和宽度，其厚度在35-280μm 之间。其宽度最好尽可能布满整个基板，以便把热传下去。而下面一层绝缘体则要求其绝缘性能很好，而且还要导热性能很好。然而这两个性能是矛盾的，通常都是导体的导热性能好，而绝缘体的导热性能差，又要导热好又要绝缘好是很难做到的。

　　仍然是以上述LED 灯为例，见图3，该灯被击穿的破坏位置从铝基板边缘的LED 芯片开始，进而击穿部分中心的LED芯片，由于铝基板导电(安装LED 芯片的另一面)，根据击穿发黑痕迹在铝基板边缘，可以判断电压是从铝基板边缘通过爬电方式击穿LED 芯片。铝基板是目前LED 灯比较常用的安装LED 芯片的方式，采用铝基板既是为了良好散热，也是为了导电性，其导电性必然会影响到LED 灯的绝缘性能，加上散热的金属外壳等大量金属部件，LED 灯的绝缘性能比起普通传统灯具要求更高。按照LED 的散热需求，我们可以从设计、制作工艺、材质采用、电源质量等方面入手，提高LED 灯的绝缘性能，其实，只要我们平时稍加注意，就能明显提高LED 灯的绝缘性能，又兼顾到LED 的散热需求：

　　(1)电源一定要恒流，质量过关。LED 半导体的特性决定其受环境影响较大。譬如温度变化升高，LED 的电流增加，电压的增加，LED 的电流也会增加。长期超过额定电流工作，会大大缩短LED 的使用寿命。而LED 恒流就是在温度和电压等环境因素变化时，确保其工作电流不变。上述LED 灯试验更换性能质量更好的电源后，耐压安全绝缘性能大幅提升，在高压试验的升压过程中，LED 芯片的暗亮延迟到较高电压才出现。不仅如此，由于很多LED 灯，特别是大功率的，电源是内置，电源的热量也就加入到管内，使得LED 的散热又增加的一份困难，使得靠近电源的这些LED 受到更热的烘烤，因而寿命也比其他地方的LED 更短，而且把电源放到管子里面，电源本身还要承受由LED 产生的很高的环境温度，这就大大降低了电源里的电解电容的寿命，也就降低了整个灯具的寿命。因此，LED日光灯电源是LED 日光灯中最重要的部件，选择不当，LED 灯不能发挥出性能，甚至不能正常使用。

　　(2)LED 芯片的布置位置要注意增大爬电距离和电气间隙，有足够的安全距离。由于LED 灯对散热的特别要求，因此，LED 灯从外壳到内部，存在很多导电的金属件，如铝合金型材等，内部有电源带电，铝基板上也有电，接头也会带电，内部之间紧密接触，如果绝缘距离没做好，电就会通过爬电、直接击穿绝缘间隙、甚至是直接接触到外面的铝型材料上，导致灯具外壳带电，在实验室检验时，表现为不能达到耐压强度的要求。上述LED 灯也是如此，铝基板外圈的LED 芯片距离导电的外壳和基板边缘距离过短，导致绝缘距离被试验电压击穿，烧毁部分LED 芯片，经更换重新布置LED 芯片的铝基板模块，同样，耐压安全绝缘性能大幅提升，在高压试验的升压过程中，LED芯片的暗亮延迟到较高电压才出现。

　　(3)铝基板增加绝缘胶圈。由于光照度和发光强度等对LED 灯的特定要求，某些铝基板上的LED 芯片要分布在边缘位置，或者在成品做出后，为避免更换高成本的铝基板，可以临时在铝基板外圈增加绝缘胶圈做为附加绝缘措施，上述LED 灯的制作方也是通过这种相对低成本的方式对安全绝缘不符合项进行整改，既没有增加很大成本，也没有改变原LED 灯的散热效能。

　　(4)增厚铝基板上的绝缘层，增加导热膏。这种方式经过试验，也是可行的，但由于铝基板都是在市场上采购，都有固定的规格，成本可能会有一定提高，而且，相对来讲，稍复杂，性价比不高。

　　(5)大功率LED 漏电还和芯片品质不好、静电击穿这两个主要因素有关，如非正规渠道流入市场的芯片，圆片切割工艺缺陷，封装生产的时候未能做好静电防护措施，二极管焊接的时候烙铁未良好接地，LED 灯具组装时静电保护措施没有做好，并联支路里电压分配不均匀等都会引起二极管反向漏电流增大。这些质量参差不齐的芯片用在LED 灯上，当质量差的LED 芯片刚好用在安全绝缘要求高的位置，很容易导致整个灯具的安全绝缘性的降低。这其实也是企业采购原材料的质量把关问题。

　　4 结束语

　　大功率LED 的散热设计非常重要，关系到LED 的安全、发光的品质及使用寿命。由于高功率LED 发热密度很大，必须从晶片层级、封装层级、PCB 层级到系统模组层级，各层级进行散热设计，降低热阻，才能得到最佳的散热效果。任何一个环节设计不当都会引起严重的绝缘安全和散热问题。过去的LED 灯在长期工作中的大量失效，很多是散热设计欠缺所引起，也有很多是电源失效所引起。所以对散热与安全绝缘之间的关系，必须给以充分的重视。

　　由于人们对于生活品质的需求不断提升，就如同IC 产品对于散热的需求一直存在，散热设计在各种高功率LED 的产品设计中仍将占有重要的地位。随着LED 的光效逐年提高，它的发热也会逐渐降低，安全性逐渐提高。