大功率LED模组的热管理设计，是保障其长期稳定性与高效运行的核心要素。以下是一套系统的设计思路以及关键技术要点：
温度管控：需将结温（Tj）控制在器件规格所允许的范围内，通常要低于120℃。因为温升每10℃，光效会下降3 - 5%，寿命则会减半，所以要严格避免光效衰减和寿命缩短的问题。
均温表现：应尽可能减少芯片间的温度梯度，防止出现局部热点情况。
热路径优化：要实现从芯片到环境的高效热传导，确保热量能够及时散发出去。
2.1 基板材料
陶瓷基板：
Al₂O₃（氧化铝）：成本相对较低，约0.5 - 1元/cm²，导热系数在24 - 28 W/(m·K)之间，适用于中低功率场景。
AlN（氮化铝）：导热系数可达170 - 230 W/(m·K)，不过成本较高，为3 - 5元/cm²，适合高功率密度场景（>10 W/mm²）。
金属基板（MCPCB）：以铝基板为例，其导热系数为1 - 3 W/(m·K)，结合绝缘层使用。虽然成本较低，但需要对绝缘层的热阻进行优化。
2.2 散热结构
被动散热：
翅片散热器：主要依靠自然对流来实现散热。其中，翅片高度与间距比（通常在5:1 - 10:1之间）以及表面黑度（可通过阳极氧化处理提升辐射率）是关键因素。
热管/均温板：利用相变传热原理，热导率能够达到5000 W/(m·K)，非常适合用于消除局部热点。
主动散热：
风扇强制对流：风量需要与散热器的风阻相匹配，典型风量为0.1 - 0.5 CFM/W。
液冷系统：微通道冷板（水冷）可以处理>100 W/cm²的热流密度，但整个系统较为复杂。
导热硅脂：热阻在0.1 - 0.5 ℃·cm²/W之间，但需要注意的是，长期使用后会出现老化导致干涸的问题。
相变材料（PCM）：热阻为0.05 - 0.2 ℃·cm²/W，在45 - 60℃时会发生相变，从而填充空隙。
导热垫片：属于弹性材料，硬度在Shore 00 30 - 50之间，能够补偿装配公差，热阻在0.3 - 1.0 ℃·cm²/W之间。
仿真工具：
可使用ANSYS Icepak或FloTHERM来建立三维模型，重点关注热阻网络（从结到环境的总热阻θ_ja）。
对翅片厚度、间距等参数进行参数化分析，研究其对换热系数的影响（自然对流换热系数约5 - 10 W/(m²·K)）。
实验验证：
红外热成像：通过该技术可以精准定位热点区域，测量精度为±2℃。
结温测量：采用正向电压法（Vf - Tj系数约 -2 mV/℃）进行校准。
驱动电流优化：当Tj > 85℃时，启动电流降额措施，例如每℃降幅为0.5%。
光学匹配：借助二次光学设计，减少无效发热情况，如使反射杯效率>90%。
结构布局：
多芯片模组采用交错排布方式，且间距≥3 mm，以此降低相互热耦合。
电源驱动电路与LED进行物理隔离，减少热源叠加。
加速老化测试：
在85℃/85%RH的条件下进行1000小时的测试，要求光衰应<5%。
开展温度循环测试（ -40℃ - +125℃，100次循环），检验材料的CTE匹配情况。
失效模式分析：
针对焊点疲劳（柯肯达尔空洞）问题，可通过采用Sn - Ag - Cu焊料来改善。
对于荧光粉碳化问题，需要控制蓝光芯片表面温度<150℃。
分级散热设计：
低功率段（<50W）：采用铝基板结合自然对流的方式进行散热。
中功率段（50 - 200W）：运用热管与强制风冷相结合的散热方案。
高功率段（>200W）：考虑使用液冷或半导体制冷的方式。
模块化设计：允许在后期扩展散热能力，例如预留风扇接口等。
示例方案：200W LED模组
基板：选用AlN陶瓷，尺寸为40mm×40mm，厚度为1mm。
散热器：采用6063铝合金翅片，尺寸为200mm×150mm×50mm，表面进行发黑处理。
TIM：使用石墨烯填充相变材料，厚度为0.2mm。
热阻：θ_jc = 0.8℃/W，θ_ca = 1.2℃/W，由此可得θ_ja = 2.0℃/W。
温升：ΔT = 200W×2.0℃/W = 40℃，在环温为25℃时，Tj = 65℃。
通过多物理场协同设计以及全生命周期的热管理，能够实现LED模组光效>150 lm/W、寿命>50,000小时（L70标准）的工业级性能。具体参数还需结合光学、电气设计进行迭代优化。
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