淺談LED燈具的散熱

​隨著近些年來LED技術作為新一代照明技術受到了廣泛關注，LED功率加大，散熱問題也就越來越被人重視。有研究人員長期觀察發現，LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關，散熱不好結溫就高，壽命就短。

LED與以往使用的白熾燈和螢光燈不同，它們的能量損失雖大，但是大部分能量都是通過紅外線直接放射出去，光源的發熱少；而LED，除了作為可視光消耗的能量，其它能量都轉換成了熱。又由於近年來，電子產品逐漸向高密度，高集成度發展，LED產品也不例外，所以解決LED散熱問題成為當今提高LED性能，發展LED產業的主要問題。


LED燈具發熱了怎麼辦？很多人以為LED是冷光源，這僅僅是指LED的發光原理而已。
LED燈具發熱是因為LED所輸入的電能並沒有全部轉化為光能，而是一部分轉化成為熱能，電光轉換效率約20~30%左右。也就是說大約70%的電能都變成了熱能，使得芯片溫度大幅提高。

而具體來說，LED結溫的產生是由兩個因素所引起的：

1、內部量子效率不高，也就是在電子和空穴復合時，並不能100%都產生光子，通常稱為由「電流洩漏」而使PN區載流子的復合率降低。洩漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉化為熱能，但這部分不佔主要成分，因為現在內部光子效率已經接近90%。
2、內部產生的光子無法全部射出到晶片外部而最後轉化為熱量，這部分是主要的，因為目前這種稱為外部量子效率只有30%左右，大部分都轉化為熱量了。

就如前面所說雖然白熾燈的光效很低，只有15 Lm/W左右，但是它幾乎將所有的電能都轉化為光能而輻射出去，因為大部分的輻射能是紅外線，所以光效很低，但是卻免除了散熱的問題。

LED燈具的散熱解決方法：

解決LED的散熱，主要從兩個方面入手，封裝前與封裝後，可以理解為LED晶片散熱與LED燈具散熱。LED晶片散熱主要與襯底和電路的選擇與工藝有關，本文暫不闡述。本文主要介紹LED燈具的散熱，因為任何LED都會製成燈具，所以LED晶片所產生的熱量最後總是通過燈具的外殼散到空氣中去。因為LED晶片的熱容量很小，一點點熱量的積累就會使得晶片的結溫迅速提高，如果長時期工作在高溫的狀態，它的壽命就會很快縮短。然而這些熱量要能夠真正引導出晶片到達外部空氣，要經過很多途徑。具體來說，LED晶片所產生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經過焊料到鋁基板的PCB，再通過散熱膏才到鋁散熱器。所以LED燈具的散熱實際上包括導熱和散熱兩個部分。

然而LED燈殼散熱依據功率大小及使用場所，也會有不同的選擇。現在主要有以下幾種散熱方法：
1、鋁散熱鰭片：這是最常見的散熱方式，用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來增加散熱面積。
2、導熱塑料殼：在塑料外殼注塑時填充導熱材料，增加塑料外殼導熱、散熱能力。
3、空氣流體力學散熱：空氣流體力學利用燈殼外形，製造出對流空氣，這是最低成本的加強散熱方式。
4、燈殼內部用長壽高效風扇加強散熱：造價低，效果好。不過要換風扇就是麻煩些，也不適用於戶外，這　種設計較為少見。另外，對於粉塵較大的場所，風扇故障率高，且故障時散熱效果會大幅降低。
5、導熱管散熱技術：導熱管利用實心熱導管技術（通常為銅導管），將熱量由LED晶片導到外殼散熱鰭片。在大型燈具，如聚光燈、超大瓦數投光燈等會用到。此種導熱到散熱片速度快、效果最好，成本高。
6、燈殼表面做輻射散熱處理：簡單的就是塗抹輻射散熱塗料，可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表面。

在LED導熱的部份︰
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由於LED芯片和燈具外殼接觸面之間並非真平面，而是在雙方表面上佈滿凹凸空隙，而這些空隙會嚴重影響LED本體將熱傳導至燈具散熱的速度，因此最好的做法是在接觸面上塗抹散熱膏，以軟性導熱材質把細縫處填滿，使導熱效果達到理想狀態。