LED散热技术是保障其性能和寿命的关键。以下是行业解决散热问题的主要技术手段，按实现方式和热管理路径分类：

一、芯片封装层级散热

1. 高效封装材料

   • 低热阻基板：采用陶瓷基板（氧化铝Al₂O₃/氮化铝AlN）或金属基板（MCPCB），其中氮化铝导热系数可达170-200 W/(m·K)。
   • 共晶焊接：用金锡（Au-Sn）等合金替代传统银胶，将芯片直接焊接在基板上，降低界面热阻。
   • 倒装芯片(Flip-Chip)：通过焊球直接连接芯片电极与基板，缩短热传导路径。

2. 热界面材料优化

   • 导热膏/垫片：填充芯片与散热器间微空隙（如石墨烯垫片导热系数＞1500 W/(m·K)）。
   • 纳米银烧结：高温烧结纳米银材料，实现接近金属本体的导热性（＞200 W/(m·K)）。

二、模块级散热设计

1. 高效散热基板技术

   • 金属基印刷电路板(MCPCB)：铝基板（导热系数1-3 W/(m·K)）搭配绝缘层，成本低但热性能有限。
   • 陶瓷基板：DPC（直接镀铜）、DBC（直接键合铜）工艺，铜层厚度可达300μm，实现高导热与电路一体化。
   • 热电分离基板：电极与散热通道物理隔离，热量直接垂直导出（如Cree的CLU系列）。

2. 集成式散热结构

   • 嵌入式热管：在LED模块内部集成微型热管，快速均温（等效导热＞5000 W/(m·K)）。
   • 均温板(Vapor Chamber)：用于大功率模组，温差可控制在2℃以内。

三、系统级散热方案

被动散热

1. 自然对流散热器
   • 鳍片设计：优化鳍片高度/间距比（通常1:1.5）、增加表面积（如针状鳍片比传统设计提升30%散热面积）。
   • 导热材料创新：采用压铸铝（成本低）或锻造铜（导热400 W/(m·K)，但较重）。

主动散热

1. 强制风冷

   • 微型风扇系统：用于≤100W的LED灯具，风速2-4m/s时可降温15-25℃。
   • 风道设计优化：定向气流避免热堆积（如汽车大灯的离心风扇+风道设计）。

2. 液冷技术

   • 密闭式水冷：冷板直接接触LED基板，热阻可低至0.01℃/W。
   • 微通道冷却：在散热器内部构建直径0.1-1mm的微通道，散热功率密度＞100W/cm²。

四、特殊应用技术

1. 相变散热

   • 热管阵列：适用于空间受限场景（如投影仪LED光源），热传递距离可达1米以上。
   • 浸没式冷却：将LED模组浸入氟化液（如3M Novec），实现无风扇散热。

2. 热电制冷(TEC)

   • 半导体致冷片主动吸热，用于极端温度环境（如医用光源），但能效较低（COP≈0.5）。

五、智能化控制技术

1. 温度反馈系统

   • NTC热敏电阻：实时监控结温，动态调整驱动电流（温度每升10℃降流3-5%）。
   • 热折降(OTP)：超过阈值温度时自动降低功率，保护LED芯片。

2. 热仿真优化

   • CFD流体仿真：ANSYS Icepak等工具预测热点分布，优化散热结构。
   • 结温估算模型：通过Tₛ（焊点温度）反推Tⱼ（结温），误差＜±3℃。

散热技术选择依据

*ΔT：结温与环境温度差值

技术趋势：纳米流体冷却（添加Al₂O₃纳米颗粒提升40%换热系数）、拓扑优化散热结构（AI生成轻量化构型）、以及基于SiC/GaN的驱动电路集成化散热将成为下一代重点方向。散热系统成本目前占LED灯具总成本的15-30%，随着技术迭代，预计2030年将降至10%以下。