一、引言 
1962年，美國人霍洛尼亞柯制成了世界上第一個(gè)發(fā)光二極管（LED）。隨著光效的不斷提升、成本的大幅下降和應(yīng)用技術(shù)的成熟，LED得到越來越廣泛的應(yīng)用，在顯示、指示、景觀、照明、通訊等方面大量使用。
LED突出的一大優(yōu)勢(shì)在于長壽命。LED的理論壽命可達(dá)10萬小時(shí)，但實(shí)際使用壽命僅幾萬小時(shí)，甚至幾千小時(shí)。除LED自身品質(zhì)外，影響LED實(shí)際壽命的主要因素是驅(qū)動(dòng)電流、散熱能力和環(huán)境條件 [1]，而散熱能力主要取決于熱阻、有效散熱面積。
具體到LED照明燈具，其部件主要為LED光源、LED驅(qū)動(dòng)、LED基板、散熱器、界面材料和結(jié)構(gòu)件。其中LED基板是連接LED光源和LED驅(qū)動(dòng)的電學(xué)中介，也是連接LED光源和散熱器的熱學(xué)中介。近年，出現(xiàn)了鏡面金屬基板上直接進(jìn)行LED封裝的COB技術(shù)，它將LED光源和LED基板融合為COB光源，得到了長足發(fā)展、并逐步成熟，但獨(dú)立LED基板依然以大幅優(yōu)勢(shì)廣泛存在于LED燈具中。研究LED基板對(duì)LED散熱影響的現(xiàn)實(shí)意義仍然存在。
LED基板包括覆銅層（電路層）、介電層和基材層（有鋁、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等品種）。基板電路設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)覆銅層進(jìn)行平面形狀設(shè)計(jì)，以滿足電氣需要。但是基板電路還是一個(gè)熱學(xué)中介，普通LED燈具熱傳導(dǎo)路徑如下圖[2]。
 

圖1 普通LED燈具熱傳導(dǎo)路徑

圖中LED基板為鋁基板，包括基板電路層（覆銅層）、介電層和鋁層。提高這三層的導(dǎo)熱能力，無疑會(huì)減小熱阻，提高LED壽命。盡管基板電路層具有高導(dǎo)熱性能，但它畢竟是熱傳導(dǎo)路徑的一分子，對(duì)LED散熱和光通量維持率一定有所影響，有研究的必要。
LED基板電路層分為導(dǎo)電銅箔和導(dǎo)熱銅箔；在滿足電氣要求狀況下，導(dǎo)熱銅箔的設(shè)計(jì)有比較大的自由空間，但無外乎要考慮其形狀和面積。由于銅箔得導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于各類導(dǎo)熱膠（膏或脂類）和鋁質(zhì)熱沉，其形狀對(duì)散熱和光通量維持率的影響很小，重點(diǎn)考慮面積因素。
二、不同電路設(shè)計(jì)下LED光通量的測(cè)量 
為測(cè)量不同電路設(shè)計(jì)對(duì)光通量維持率的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩款鋁基板，如下圖。

圖2 兩款電路設(shè)計(jì)

左款鋁基板同右款鋁基板的材質(zhì)和外尺寸、導(dǎo)電銅箔（圖中1、2）尺寸和位置完全相同，左款的導(dǎo)熱銅箔（圖中0）做到了最大化，右款的導(dǎo)熱銅箔（圖中0）做到了最小化（同普通1W大功率LED的導(dǎo)熱底部大小相同）。我們用三點(diǎn)熔錫的方式（上圖中1、2、0三點(diǎn)）將某公司同批次零散的白光1W  LED焊接于鋁基板上，再用相同的導(dǎo)熱硅脂將鋁基板分別固定于相同的散熱器上，最后用LED驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮串聯(lián)的LED光源。我們通過測(cè)量了不同時(shí)間下的LED光通量，如下兩個(gè)表。

表1 燈組一在不同點(diǎn)亮?xí)r間下的光通量

表2 燈組二在不同點(diǎn)亮?xí)r間下的光通量
備注：為加速測(cè)試進(jìn)程，散熱器的散熱面積較正常照明使用要小；燈組一和燈組二采用的驅(qū)動(dòng)相同。
三、基板電路設(shè)計(jì)對(duì)光通量的影響 
為直觀體現(xiàn)基板電路設(shè)計(jì)對(duì)LED光通量的影響，截取表1、表2數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)匯總結(jié)果見表3。

表3 不同電路設(shè)計(jì)下光通量的變化
從表3可以明顯看出，左款基板的18000h光通量維持率較高，高出約10%。也就是大面積導(dǎo)熱銅箔的基板設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的散熱能力。
四、基板導(dǎo)熱性能對(duì)光通量的影響 
為直觀體現(xiàn)基板導(dǎo)熱性能對(duì)LED光通量維持率的影響，截取表3數(shù)據(jù)并作分析，結(jié)果見表4。

表4 不同導(dǎo)熱性能下光通量維持率的差異
從表4可以明顯看出，大面積導(dǎo)熱銅箔基板設(shè)計(jì)的優(yōu)越性明顯，但應(yīng)用在導(dǎo)熱性能低的基板上優(yōu)越性更為突出。也就是導(dǎo)熱性能低的基板（如酚醛基板、環(huán)氧基板）上采用大面積導(dǎo)熱銅箔設(shè)計(jì)的必要性更為重大。
市場(chǎng)上還有很多沒有熱沉的LED品種，如直插LED、3528等，他們的熱量主要靠電極傳導(dǎo)，對(duì)應(yīng)基板上的銅箔導(dǎo)熱也導(dǎo)電。此類基板的導(dǎo)熱銅箔和導(dǎo)電銅箔合二為一，在電路設(shè)計(jì)上依然要增大面積來明顯提高光通量維持率，而且效果顯著。
五、結(jié)語 
基板作為LED和散熱器之間的導(dǎo)電通道和導(dǎo)熱通道，其作用不容忽視。基板電路設(shè)計(jì)影響LED光通量維持率，采用大面積導(dǎo)熱銅箔設(shè)計(jì)有利于明顯提高光通量維持率，尤其在應(yīng)用低導(dǎo)熱性能的基板和無熱沉LED時(shí)。