各種不同的PCB
目前應用與大功率LED作散熱的PCB有三種：普通雙面敷銅板（FR4）、鋁合金基敷銅板（MCPCB）、柔性薄膜PCB用膠粘在鋁合金板上的PCB。
MCPCB的結構如圖7所示。各層的厚度尺寸如表3所示。
圖7 MCPCB結構圖
其散熱效果與銅層及金屬層厚如度尺寸及絕緣介質的導熱性有關。一般采用35μm銅層及1.5mm鋁合金的MCPCB。
柔性PCB粘在鋁合金板上的結構如圖8所示。一般采用的各層厚度尺寸如表4所示。1～3W星狀LED采用此結構。
采用高導熱性介質的MCPCB有最好的散熱性能，但價格較貴。
圖8 散熱層結構圖
計算舉例
這里采用了NICHIA公司的測量TC的實例中取部分數據作為計算舉例。已知條件如下：
LED：3W白光LED、型號MCCW022、RJC=16℃/W。K型熱電偶點溫度計測量頭焊在散熱墊上。
PCB試驗板：雙層敷銅板（40×40mm）、t=1.6mm、焊接面銅層面積1180mm2背面銅層面積1600mm2。
LED工作狀態：IF=500mA、VF = 3.97V。
按圖9用K型熱電偶點溫度計測TC，TC=71℃。測試時環境溫度TA = 25℃.
1.TJ計算
TJ=RJC×PD+TC=RJC（IF×VF）+TC
TJ=16℃/W（500mA×3.97V）
+71℃=103℃
圖9 TC測量位置圖
2.RBA計算
RJA=（TC－TA）/PD
=（71℃－25℃）/1.99W
=23.1℃/W
3.RJA計算
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃/W
=39.1℃/W
如果設計的TJmax=90℃，則按上述條件計算出來的TJ不能滿足設計要求，需要改換散熱更好的PCB或增大散熱面積，并再一次試驗及計算，直到滿足TJ≤TJmax為止。
另外一種方法是，在采用的LED的RJC值太大時，若更換新型同類產品RJC=9℃/W(IF=500mA時VF=3.65V)，其他條件不變，TJ計算為：
TJ=9℃/W（500mA×3.65V）+71℃
=87.4℃
上式計算中71℃有一些誤差，應焊上新的9℃/W的LED重新測TC（測出的值比71℃略小）。這對計算影響不大。采用了9℃/W的LED后不用改變PCB材質及面積，其TJ符合設計的要求。
PCB背面加散熱片
若計算出來的TJ比設計要求的TJmax大得多，而且在結構上又不允許增加面積時，可考慮將PCB背面粘在“∪”形的鋁型材上（或鋁板沖壓件上），或粘在散熱片上，如圖10所示。這兩種方法是在多個大功率LED的燈具設計中常用的。例如，上述計算舉例中，在計算出TJ=103℃的PCB背后粘貼一個10℃/W的散熱片，其TJ降到80℃左右。
圖10 “∪”形鋁型材
這里要說明的是，上述TC是在室溫條件下測得的（室溫一般15～30℃）。若LED燈使用的環境溫度TA大于室溫時，則實際的TJ要比在室溫測量后計算的TJ要高，所以在設計時要考慮這個因素。若測試時在恒溫箱中進行，其溫度調到使用時最高環境溫度，為最佳。
另外，PCB是水平安裝還是垂直安裝，其散熱條件不同，對測TC有一定影響，燈具的外殼材料、尺寸及有無散熱孔對散熱也有影響。因此，在設計時要留有余地。
結束語
采用一定散熱面積的PCB、裝上LED的試驗板，在LED工作狀態下測出TC再計算的方法來作散熱設計是一種簡便、有效的方法，可以較好地設計出滿足結溫TJmax要求的散熱結構（PCB材質及面積）。
這種散熱設計方法除適用于大功率白光LED的照明燈具外，也適用于其他發光顏色的大功率LED燈具，如警示燈、裝飾燈等。
