《LED散热(芯片、散热基板、散热器)pvl.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED散热(芯片、散热基板、散热器)pvl.docx（24页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、LED散散熱(芯芯片、散散熱基板板、散熱熱器)LED的的散熱現現在越來來越為人人們所重重視，這這是因為為LEDD的光衰衰或其壽壽命是直直接和其其結溫有有關，散散熱不好好結溫就就高，壽壽命就短短，依照照阿雷紐紐斯法則則溫度每每降低110壽命會會延長22倍。從從Creee公司司發佈的的光衰和和結溫的的關係圖圖（圖11）中可可以看出出，結溫溫假如能能夠控制制在655C，那麼麼其光衰衰至700的壽壽命可以以高達110萬小小時！這這是人們們夢寐以以求的壽壽命，可可是真的的可以實實現嗎？是的，只只要能夠夠認真地地處理它它的散熱熱問題就就有可能能做到！遺憾的的是，現現在實際際的LEED燈的的散熱和和這個要要
2、求相去去甚遠！以致LLED燈燈具的壽壽命變成成了一個個影響其其性能的的主要問問題，所所以必須須要認真真對待！圖1.光光衰和結結溫的關關係而且，結結溫不但但影響長長時間壽壽命，也也還直接接影響短短時間的的發光效效率，例例如Crree公公司的XXLammp70090XXR-EE的發光光量和結結溫的關關係如圖圖2所示。假如以以結溫為為25度時時的發光光為1000%，那那麼結溫溫上升至至60度時時，其發發光量就就只有990%；結溫為為1000度時就就下降到到80%；1400度就只只有700%。可可見改善善散熱，控控制結溫溫是十分分重要的的事。除此以以外LEED的發發熱還會會使得其其光譜移移動；色色溫升
3、高高；正向向電流增增大（恒恒壓供電電時）；反向電電流也增增大；熱熱應力增增高；螢螢光粉環環氧樹脂脂老化加加速等等等種種問問題，所所以說，LED的散熱是LED燈具的設計中最為重要的一個問題。第一部部分LEED晶片片的散熱熱一.結溫是是怎麼產產生的LEDD發熱的的原因是是因為所所加入的的電能並並沒有全全部轉化化為光能能，而是是一部分分轉化成成為熱能能。LEED的光光效目前前只有1100llm/WW，其電電光轉換換效率大大約只有有2030%左右。也也就是說說大約770%的的電能都都變成了了熱能。具體來來說，LLED結結溫的產產生是由由於兩個個因素所所引起的的。1內內部量子子效率不不高，也也就是在在電
4、子和和空穴複複合時，並並不能1100都產生生光子，通通常稱為為由“電流洩洩漏”而使PNN區載流流子的複複合率降降低。洩洩漏電流流乘以電電壓就是是這部分分的功率率，也就就是轉化化為熱能能，但這這部分不不占主要要成分，因因為現在在內部光光子效率率已經接接近900。2內內部產生生的光子子無法全全部射出出到晶片片外部而而最後轉轉化為熱熱量，這這部分是是主要的的，因為為目前這這種稱為為外部量量子效率率只有330左左右，大大部分都都轉化為為熱量了了。雖然白白熾燈的的光效很很低，只只有155lm/W左右右，但是是它幾乎乎將所有有的電能能都轉化化為光能能而輻射射出去，因因為大部部分的輻輻射能是是紅外線線，所以
5、以光效很很低，但但是卻免免除了散散熱的問問題。二.LEED晶片片到底板板的散熱熱LEDD晶片的的特點是是在極小小的體積積內產生生極高的的熱量。而而LEDD本身的的熱容量量很小，所所以必須須以最快快的速度度把這些些熱量傳傳導出去去，否則則就會產產生很高高的結溫溫。為了了盡可能能地把熱熱量引出出到晶片片外面，人人們在LLED的的晶片結結構上進進行了很很多改進進。為了改改善LEED晶片片本身的的散熱，其其最主要要的改進進就是採採用導熱熱更好的的襯底材材料。早早期的LLED只只是採用用Si矽作作為襯底底。後來來就改為為藍寶石石作為襯襯底。但但是藍寶寶石襯底底的導熱熱性能不不是太好好，（在在1000C時
6、約為為25WW/（m-KK），為為了改善善襯底的的散熱，Cree公司採用碳化矽矽襯底，它的導熱性能（490W/（m-K）要比藍寶石高將近20倍。而且藍寶石要使用銀膠固晶，而銀膠的導熱也很差。而碳化矽的唯一缺點是成本比較貴。目前只有Cree公司生產以碳化矽為襯底的LED。採用碳碳化矽作作為基底底以後，的的確可以以大為改改善其散散熱，但但是其成成本過高高，而且且有專利利保護。最最近國內內的廠商商開始採採用矽材材料作為為基底。因因為矽材材料的基基底不受受專利的的限制。而而且性能能還優於於藍寶石石。唯一一的問題題是GaaN的膨膨脹係數數和矽相相差太大大而容易易發生龜龜裂，解解決的方方法是在在中間加加一
7、層氮氮化鋁（AlN）作緩衝。襯底材料料導熱係數數 W/(mK)膨脹係數數 (xx10EE-6)穩定性導熱性成本ESD (抗靜靜電)碳化矽(SiCC)490-1.44良好高好藍寶石(Al22O3)461.9一般差為SiCC的1/110一般矽(Sii)1505200良好為藍寶石石的1/10好LEDD晶片封封裝以後後，從晶晶片到管管腳的熱熱阻就是是在應用用時最重重要的一一個熱阻阻，一般般來說,晶片的的接面面面積的大大小是散散熱的關關鍵，對對於不同同的額定定功率，要要求有相相應大小小的接面面面積。也也就表現現為不同同的熱阻阻。幾種種類型的的LED的熱熱阻如下下所示：類型草帽管食人魚1W面發光熱阻 K/
8、WW150-2000508-1555早期的的LEDD晶片主主要靠兩兩根金屬屬電極而而引出到到晶片外外部，最最典型的的就是稱稱為5或F5的草草帽管，它它的散熱熱完全靠靠兩根細細細的金金屬導線線引出去去，所以以散熱效效果很差差，熱阻阻很大，這這也就是是為什麼麼這種草草帽管的的光衰很很嚴重的的原因。此此外，封封裝時採採用的材材料也是是一個很很重要的的問題。小小功率LLED通通常採用用環氧樹樹脂作為為封裝材材料，但但是環氧氧樹脂對對4000-4559nmm的光線線吸收率率高達445%，很很容易由由於長期期吸收這這種短波波長光線線以後產產生的老老化而使使光衰嚴嚴重，550%光光衰的壽壽命不到到1萬小時時
9、。因而而在大功功率LEED中必必須採用用矽膠作作為封裝裝材料。矽矽膠對同同樣波長長光線的的吸收率率不到11%。從從而可以以把同樣樣光衰的的壽命延延長到44萬小時時。下面列列出各家家LEDD晶片公公司所生生產的各各種型號號LEDD的熱阻阻公司名稱稱晶片型號號晶片類型型熱阻 C/WW億光EHP5539331W冷白白13億光EHPA088L/UUT0111W，556000K15愛迪生Edixxeonn S serriess1W，55K-88K13-114愛迪生Edixxeonn K serriess1W,8LumeenleedLuxeeon Emiitteer1W，44.5KK-5.5K15Nich
10、hiaNJSLL0366AT1W，30CreeeXLammp70090XXR-EE1W8CreeeXLammpXPP-G1W6小功率LLED光寶（LLitee-Onn）LTW-M6770ZVVS（30220）0.077W，20mmA160琉明斯301440.1WW，30mmA45由表中中可見，Cree公司的LED的熱阻因為採用了碳化矽作基底，要比其他公司的熱阻至少低一倍。大功率LED為了改進散熱通常在基底下面再放一塊可焊接的銅底板以便焊到散熱器上去。這些熱阻實際上都是在這個銅底板上測得的。是不是是碳化矽矽就是LLED襯襯底的最最佳選擇擇呢，不不是這樣樣，任何何事物都都會有創創新和發發展的，最最
11、近臺灣灣的鑽石石科技開開發出了了鑽石島島外延片片(DiiamoondIIslaandssWaffer，DIWW)做為為生產超超級LEED的基基材。這這種LEED的熱熱阻可以以低至5C/WW。用它它製成的的超級LLED可可發出極極強的紫紫外光，其其強度不不因高溫溫而降低低，反而而會更亮亮。其結結構圖如如圖4所示。圖4.採採用類鑽鑽碳(DDiammonddLikkeCaarboon，DLCC)的鍍鍍膜可以以大大改改善LEED的散散熱圖5.用用DLCC鍍膜和和鋁結合合可以比比其它結結構的LLED有有更好的的散熱特特性而且採採用紫外外線來激激發各種種螢光粉粉也可以以得到所所需要的的各種顏顏色的LLED
12、。而而且螢光光粉不是是採用和和環氧樹樹脂或矽矽膠混合合的方法法而是直直接塗於於晶片表表面還可可以避免免由於環環氧樹脂脂和矽膠膠的老化化而產生生的光衰衰。這將會會使整個個LEDD產生革革命性變變化。而而且擺脫脫了日美美等國的的專利束束縛。 三.集成LEED的散散熱現在有有不少廠廠商把很很多LEED晶粒粒集成在在一起以以得到大大功率的的LEDD。這種種LEDD的功率率可以達達到5WW以上，大大多以110W，25WW，和500W的功功率等級級出現。為為了把多多個LEED晶粒粒（以共共晶（EEuteectiic）或或覆晶（Flip-Chip）封裝）連接在一起，因為這些晶粒極為精細，所以需要採用精確的印
13、製電路進行連接。為了得到更好的散熱特性，通常採用陶瓷基板。這種陶瓷基板是由氧化鋁和氮化鋁構成。各種材料的導熱係數如下表所示。材料導熱係數數 W/mKFR4 （普通通印製板板的玻璃璃纖維）0.2氧化鋁17-227氮化鋁170-2300金315銀425銅398不論氮氮化鋁還還是氧化化鋁，它它們都是是一種絕絕緣的陶陶瓷材料料，所以以可以把把印製電電路做在在上面。但但是氮化化鋁具有有高100倍的導導熱係數數，所以以現在更更常用氮氮化鋁。過過去採用用厚膜電電路，但但是其表表面不平平，電路路邊緣毛毛糙，而而且需要要8000C以上的的燒結溫溫度。現現在大多多採用薄薄膜電路路，因為為它只需需要3000度以以下
14、的工工藝，表表面平整整度可以以0.3umm，不會會有氧化化物生成成，附著著性好，電電路精細細，誤差差低於+/-11%。它它實際上上是採用用照相刻刻蝕的方方法來製製作，採採用氧化化鋁為基基底的薄薄膜電路路製備的的具體過過程如下下：圖6.薄薄膜電路路的製備備過程採用氮氮化鋁的的製作方方法相同同。第二部部分LEED燈具具的散熱熱前面講講的是LLED晶晶片的散散熱，然然而任何何LEDD都會製製成燈具具，所以以LEDD晶片所所產生的的熱量最最後總是是通過燈燈具的外外殼散到到空氣中中去。如如果散熱熱不好，因因為LEED晶片片的熱容容量很小小，一點點點熱量量的積累累就會使使得晶片片的結溫溫迅速提提高，如如果
15、長時時期工作作在高結結溫的狀狀態，它它的壽命命就會很很快縮短短。然而而這些熱熱量要能能夠真正正引導出出晶片到到達外部部空氣，要要經過很很多途徑徑。具體體來說，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，再通過導熱膠才到鋁散熱器。所以LED燈具的散熱實際上包括導熱和散熱兩個部分。現在先來看一下每一個環節的導熱性能。四.各種電電路基板板的導熱熱在把LEED連接接到散熱熱器之前前，首先先要把它它們焊接接到電路路中去，因因為首先先要把這這些LEED連接接成幾串串幾並，同同時還要要把他們們和恒流流源在電電路上連連接起來來。最簡簡單的辦辦法是把把它們直直接焊接接到普通通印製板板
16、上去。對對於一些些很小功功率的LLED，例例如LEED指示示燈的確確是可以以這樣做做的。但但是對於於大多數數高亮度度和高功功率LEED來說說，普通通玻璃纖纖維印製製板的導導熱性能能就顯得得太差了了，而必必須改成成用銅基基板或鋁鋁基板甚甚至陶瓷瓷覆銅板板。各種種基板的的性能如如下：基板類型型特點普通印製製電路板板技術成熟熟，具有有Layyoutt上的優優勢，散散熱性能能差、尺尺寸大，只只適合於於低功率率產品柔性印製製電路重量輕，可可彎性，厚厚度薄，熱傳導率約為：23W/mK高導熱係係數鋁基基板印製板基基底為鋁鋁板，熱熱傳導率率約為112.2W/mK陶瓷覆銅銅板DCCB熱傳導率率高，約約20008
17、000W/mK，製製作困難難，不易易量產4.11鋁基板板目前幾幾乎絕大大多數的的LEDD燈具中中都採用用了鋁基基板。鋁鋁基板上上電路的的銅箔為為了要導導電和導導熱要有有足夠的的厚度和和寬度，其其厚度在在35m-2280m之間間。其寬寬度最好好盡可能能佈滿整整個基板板，以便便把熱傳傳下去。而而下面一一層絕緣緣體則要要求其絕絕緣性能能很好，而而且還要要導熱性性能很好好。然而而這兩個個性能是是矛盾的的，通常常都是導導體的導導熱性能能好，而而絕緣體體的導熱熱性能差差。又要要導熱好好又要絕絕緣好是是很難做做到的。也也是一種種科研的的課題。目目前採用用的是一一種摻有有陶瓷填填充物的的改性環環氧樹脂脂或環氧
18、氧玻璃布布粘結片片。通過過熱壓把把銅箔絕絕緣體和和鋁板粘粘結起來來。有一一些LEED燈具具，雖然然散熱器器是經過過精心設設計，但但是很快快就壞，問問題就是是出在採採用了熱熱阻很大大的鋁基基板或是是剝離強強度很差差的鋁基基板。用用一段時時間，電電路薄膜膜就翹了了起來，也也就完全全無法導導熱，很很快就燒燒壞LEED。對於優優質鋁基基板通常常要求其其熱阻小小於1C/WW。下表表是某種種鋁基板板的規格格：性能指標標I型鋁基基板II型鋁鋁基板熱阻（C/WW）鋁板板厚1.5mmm0.9933熱衝擊（260C） S（秒）120120燃燒性UL944V-00UL944V-00銅箔厚（mm）0.0118,00.
19、0335,00.0770尺寸規格格（mm）500xx6000x(00.5,1.00,1.5,22.0,2.55,3.0)國外和和臺灣已已經能夠夠生產一一種“全膠鋁鋁基板”。所謂謂全膠是是指它的的絕緣層層完全不不用絕緣緣布，而而是用一一種絕緣緣膠。採採用絕緣緣布的鋁鋁基板的的熱阻實實際上通通常在11.7-3.22C/WW。而採採用全膠膠的鋁基基板的熱熱阻可以以做到00.055C/WW，市場場出售的的商品也也可以低低至0.2-00.5C/WW。一種性性能更好好的鋁基基板是採採用直接接在鋁板板上生成成陶瓷印印製電路路。先在在鋁的表表面用微微弧氧化化生長一一層1000m厚的氧氧化鋁薄薄膜，再再用濺射射
20、或絲網網印刷製製作電路路層。採採用這種種方法的的最大優優點是結結合力強強，而且且導熱係係數高達達2.11W/mm.K，而而且氧化化層的熱熱膨脹係係數和鋁鋁差不多多，所以以它的剝剝離強度度高達55N/mmm以上上。只是是因為這這種陶瓷瓷鋁基板板的加工工製造過過程複雜雜，成本本高，所所以還很很少採用用。雖然鋁鋁基板只只是一種種特殊的的印製板板，但是是它卻承承擔著很很重的散散熱任務務，不僅僅絕緣層層的導熱熱要好，粘粘結要牢牢，而且且它的外外形還必必須和散散熱器的的外形配配合，例例如，在在路燈裡裡，通常常是長方方形的外外形，在在射燈中中，通常常是圓形形的，而而在日光光燈中，通通常是長長條形的的。為了了
21、得到更更好的導導熱性，也也有時採採用導熱熱更好的的銅基板板，只是是其價錢錢要更貴貴。而且且最後還還是要連連接到鋁鋁制散熱熱器上去去。有可可能會產產生熱膨膨脹係數數不同而而裂開的的問題。 4.22導熱膠膠和導熱熱雙面膠膠帶鋁基板板雖然已已經解決決了從LLED連連接到以以鋁板為為基板的的電路上上，可以以把熱傳傳遞到鋁鋁板上，但但是遺憾憾的是，這這個鋁板板往往還還不是最最終的散散熱器，通通常還要要把這個個鋁板連連接到真真正的散散熱器上上去。最最簡單的的方法就就是用鉚鉚釘或螺螺釘的方方法連接接到散熱熱器。但但是這種種方法往往往會形形成空氣氣隙，而而很小的的空氣隙隙產生的的熱阻會會比其他他熱阻大大幾十倍
22、倍。因為為空氣的的導熱係係數為00.0223W/mk。所以以必須塗塗上導熱熱膠來填填充空隙隙。一般般的導熱熱矽膠的的導熱係係數大約約在1-2W/mk。但是導導熱膠必必須要流流動性好好，不然然的話由由於塗抹抹不均勻勻仍然會會產生氣氣隙，可可能比不不用還壞壞。導熱熱膠的另另一個缺缺點是本本身的粘粘性不足足以把鋁鋁基板固固定在鋁鋁散熱器器上。所以另另一種方方法是採採用有很很強黏結結性而又又導熱的的雙面膠膠片。這這種導熱熱膠片是是使用丙丙烯系列列材料製製造出來來帶有粘粘性的熱熱傳導片片，它是是屬於有有粘性和和低熱抵抵抗的散散熱材料料。而且且具備熱熱傳導性性和柔軟軟性，可可以緊貼貼零件上上的凹凸凸部位，
23、從從而防止止了氣隙隙的存在在。導熱熱矽膠片片的導熱熱係數通通常在22-3WW/mk之間。它它的抗拉拉強度可可達8kkg/ccm2。足足以黏結結鋁基板板和鋁散散熱器。耐耐壓可達達4KVV/mmm。4.33柔性印印製板從鋁基基板的構構造人們們一定會會產生這這樣的疑疑問，為為什麼印印製電路路要先粘粘到一個個薄鋁板板上而不不是直接接粘到散散熱器上上？這樣樣還可以以省去鑽鑽孔、塗塗導熱膠膠、擰螺螺釘等工工序，而而且還可可以省掉掉導熱膠膠的熱阻阻。主要要原因是是散熱器器的形狀狀一般不不是簡單單的平面面，要熱熱壓黏結結比較困困難，而而且散熱熱器是由由燈具廠廠設計製製造的，而而鋁基板板則是由由印製板板廠製造造
24、的。解解決這個個問題的的方法是是採用柔柔性印製製板再貼貼到鋁散散熱器上上去。4.44LEDD直接焊焊到鋁散散熱器上上去。這這是一種種更為革革命的徹徹底解決決方法。對對於1WW以上的的大功率率LEDD，通常常它的散散熱銅底底板是和和兩個電電極是絕絕緣的。為為了使它它能夠更更直接散散熱，最最好把它它的散熱熱底板直直接和散散熱器焊焊接在一一起。可可是一般般的散熱熱器都是是鋁合金金製成的的，是無無法焊接接的。如如果採用用銅散熱熱器當然然可以解解決這個個問題，但但是無論論是價錢錢和重量量都是無無法接受受的。一一個簡單單的解決決方法是是在鋁散散熱器上上噴鍍銅銅。然後後再在柔柔性印製製板上打打洞，使使得LE
25、ED的銅銅底板直直接暴露露在散熱熱器面上上，然後後採用低低溫焊錫錫進行焊焊接。這這種方法法可以免免除掉鋁鋁基板的的熱阻和和導熱矽矽膠或矽矽片的熱熱阻。從從而大大大提高了了散熱效效率。總總之，LLED到到散熱器器之間的的介面越越少越好好。五.熱管導導熱在很多多場合需需要把LLED所所產生的的熱量以以最快的的速度傳傳送到散散熱器，這這在採用用集成式式的單片片大功率率LEDD中尤其其重要，因因為它的的熱量很很大（功功率可達達50WW-1000W）又又很集中中（有時時只有330mmm），這這時候就就必須採採用熱管管散熱。熱管也也稱為相相變導熱熱器，因因為在其其中的液液體從液液相變為為氣相而而導熱。它它
26、的熱阻阻非常小小，大約約只有00.0665C/WW。其內壁採採用銅粉粉燒結，以以利於變變回液相相的載熱熱體吸附附其上而而回流。然然而，熱熱管只能能把熱傳傳送到遠遠端，而而並沒有有把熱量量散發到到空氣中中去。所所以即使使採用熱熱管，還還是需要要有普通通的鋁散散熱器把把熱量散散發出去去。再次次要提醒醒注意的的是，採採用銅熱熱管以後後，要特特別注意意它和前前端的鋁鋁基板以以及後端端的鋁散散熱器的的結合部部一定要要互相緊緊密地接接觸並防防止由於於熱膨脹脹係數的的不同而而脫開。在在其結合合部要採採用高品品質的導導熱矽膠膠塗敷。導熱效效果更好好的是回回路熱管管回路熱管管的最大大優點就就是它的的不需要要外加
27、動動力裝置置就可以以迴圈導導熱、導導熱距離離長，傳傳送功率率大（幾幾百瓦），形形狀多樣樣性和不不受重力力要求的的限制，也也就是說說它可以以任意放放置。臺臺灣的陽陽傑科技技公司採採用了回回路熱管管技術以以後，1150WW的LEDD路燈重重量只有有8.55公斤，1100WW的LEDD路燈，重重量只有有5.55公斤。 六系系統的熱熱阻各部分分的導熱熱能力也也可以用用系統的的熱阻來來說明，一一個LEED燈具具的結構構圖見圖圖9。圖9.LLED燈燈具的散散熱結構構圖從圖中中可以看看出，LLED晶晶片所產產生的熱熱，從它它的金屬屬散熱塊塊出來，先先經過焊焊料到鋁鋁基板的的PCBB，再通通過導熱熱膠才到到鋁
28、散熱熱器。而而要定量量地瞭解解LEDD晶片的的散熱過過程，最最好利用用熱阻的的概念。熱熱量就好好像電荷荷，熱量量流動起起來就好好像電流流，流動動的過程程中會遇遇到阻力力，就好好像電阻阻，在這這裡我們們稱之為為熱阻。熱熱阻的單單位為每每瓦多少少度（C/WW），也也就是每每流過11瓦的功功率會上上升多少少度。如如果知道道所需耗耗散的功功率，又又知道其其熱阻，就就可以知知道它的的溫升是是多少。熱熱阻越大大，熱量量越流不不動，溫溫升就越越高，熱熱阻越小小，熱量量流動越越快，溫溫升就越越小。圖圖中表明明熱量從從LEDD晶片流流出到空空氣需要要經過很很多不同同的熱阻阻：Rj11：從晶晶片到安安裝底板板的熱
29、阻阻（也就就是晶片片的熱阻阻）Rj22：焊料料的熱阻阻Rj33：鋁基基板的熱熱阻Rj44：導熱熱矽膠的的熱阻Rj55：從散散熱器到到空氣的的熱阻所以從從晶片到到空氣的的總熱阻阻就應該該是：Rjaa=Rjj1+RRj2+Rj33+Rjj4+RRj5只要知知道從晶晶片到空空氣的全全部熱阻阻，就可可以根據據需要耗耗散的功功率Pdd，計算算出結溫溫來，知知道了結結溫也就就可以知知道其壽壽命了。假定環環境溫度度為Taa，那麼麼結溫為為：Tj=Pd（Rj11+Rjj2+RRj3+Rj44+Rjj5）+Taa然而實實際的LLED燈燈具，從從LEDD晶片到到空氣所所經過的的熱阻要要遠比這這個多很很多，例例如，
30、通通常薄膜膜印製板板是安裝裝在鋁基基板上，鋁鋁基板再再安裝到到鋁散熱熱器上，其其間還要要塗上導導熱膠，導導熱膠的的厚度很很難估計計，而且且其中還還有殘存存的氣隙隙。對於於採用熱熱管的燈燈具，則則還要考考慮熱管管和散熱熱鰭片之之間的空空隙和導導熱膠的的熱阻等等問題。而且最最難估算算的是RRj5，也也就是散散熱器到到空氣的的熱阻。這這牽涉到到很多有有關對流流和輻射射的散熱熱機制問問題。需要注注意的是是在計算算LEDD的散熱熱時，經經常犯的的一個錯錯誤是把把LEDD的全部部功率當當成是其其耗散功功率Pdd。例如如，一個個1W的LEDD，其正正向電壓壓是3.3V，正正向電流流是3550mAA。於是是就
31、把這這二者的的乘積11.1555瓦作作為其耗耗散功率率。這是是錯誤的的。因為為這只是是其輸入入功率，而而不是其其耗散功功率。有有一部分分輸入功功率變成成了有用用的光發發射出去去了。需需要作為為熱來耗耗散的那那部分，應應當是輸輸入功率率減去以以有用光光的形式式發射出出去的那那部分，才才是需要要作為熱熱而耗散散的那部部分。不不過這部部分比較較難計算算。一般般來說，因因為LEED的發發光效率率有所不不同，而而這個耗耗散功率率也有所所不同。一一般來說說，可以以作如下下的近似似：發光光效率為為1000lm/W，其其耗散功功率應為為70%輸入功功率，對對於上面面所說的的1W的LEDD，也就就是1.1555
32、x0.7=00.8WW變成無無用的熱熱需要散散發出去去。那麼是是不是知知道了所所有各部部分的熱熱阻，我我們就可可以知道道這個LLED燈燈具的總總熱阻，也也就可以以知道LLED晶晶片的結結溫，也也就可以以知道這這個燈具具的壽命命了呢？情況遠遠遠不是是那麼簡簡單，雖雖然我們們可以仔仔細分析析每一部部分的熱熱阻，甚甚至還可可以得到到比較精精確的數數字，但但是還是是有很多多重要的的因素被被我們忽忽略掉了了。因為為上面的的這個模模型只不不過是單單個LEED的燈燈具的模模型，而而實際的的燈具要要比這個個模型複複雜很多多。1LEDD的分佈佈。在很很多情況況下，LLED燈燈具裡是是由很多多顆LEED所構構成而
33、不不是只有有一個LLED。可可能所有有這些LLED都都焊在一一塊鋁基基板上。這這時候如如果只用用標準的的鋁基板板的熱阻阻來計算算整個燈燈具的熱熱阻就會會有很大大的出入入。因為為每個LLED的的散熱會會受到周周圍LEED所發發出的熱熱影響。換換句話說說，這時時鋁基板板的熱阻阻是很難難計算的的。2其其他熱源源的影響響，例如如LEDD的恒流流電源就就是重要要的發熱熱源，假假如這個個發熱源源靠近某某些LEED，那那麼就會會明顯降降低這些些LEDD的散熱熱而縮短短其壽命命。也相相當於改改變了其其熱阻。3熱熱阻實際際上只考考慮了熱熱傳導，而而根本沒沒有考慮慮熱對流流和熱輻輻射。熱熱量從LLED晶晶片出發發
34、，經過過了一系系列不同同材質傳傳導，最最後到達達鰭片散散熱器。這這些熱量量最後都都要散發發到空氣氣中去。如如果散發發不到空空氣中，那那麼這些些熱量也也會越積積越多，導導致結溫溫的升高高。所以以可以說說，最後後鰭片散散熱器散散到空氣氣中的這這一環節節，是最最關鍵的的一環，是是最複雜雜的一環環，也是是最難計計算的一一環。或或者說RRj5基基本上是是無法用用簡單的的計算就就能算出出來的。這這就使得得要通過過所有部部件的熱熱阻來計計算出LLED的的結溫幾幾乎是不不可能的的事。七散散熱器的的設計要談到到散熱器器，有一一個概念念先要搞搞清楚，就就是導熱熱和散熱熱的區別別。導熱熱就是要要把熱量量最快地地從發
35、熱熱源傳送送到散熱熱器表面面，而散散熱則是是要把熱熱量從散散熱器表表面散發發到空氣氣中去。首首先要把把熱最快快的匯出出來，然然後要最最有效地地散到空空氣裡去去。因為為不管採採用什麼麼方法散散熱，最最後還是是只能把把熱量散散發到空空氣中。而而熱量的的散發只只有兩種種途徑：對流和和輻射。7.11對流散散熱和輻輻射散熱熱對於對對流散熱熱來說，其其基本公公式如下下：Q=hhAT其中Q為散去去的熱量量，h為熱對對流係數數，A為散熱熱器的散散熱面積積，T為散熱熱器表面面和附近近空氣之之間的溫溫度差。更形象象一點，可可以用圖圖10來表表示：圖10.基於對對流的散散熱量的的計算 鰭鰭片的散散熱主要要是靠對對流
36、和輻輻射，這這其中對對流是最最重要的的。這兩兩部分都都取決於於鰭片的的總面積積。面積積越大，散散熱效果果越好。然然而，對對流散熱熱則不完完全取決決於鰭片片面積的的大小，而而且還和和風力風風向有關關，在完完全無風風的狀態態下，則則和自然然對流的的阻力有有關。例例如假如如為了防防塵和防防鳥屎堆堆積，鰭鰭片朝下下安裝，那那麼鰭片片兩端不不能堵住住，而且且燈具要要麼向下下傾斜要要麼向上上傾斜，可可以讓熱熱空氣能能夠順暢暢地流動動。 熱熱輻射的的散熱公公式為“Q=EESF(TTaTb)”。公式式中Q代表熱熱輻射所所交換的的能力，E是物體表面的熱輻射係數。在實際中，當物質為金屬且表面光潔的情況下，熱輻射係
37、數比較小，而把金屬表面進行處理後（比如發黑）其表面熱輻射系數值就會提升。塑膠或非金屬類的熱輻射系數值大部分都比較高。S是物體的表面積，F則是輻射熱交換的角度和表面的函數關係，但這裡這個函數比較難以解釋。(TaTb)則是表面a的溫度同表面b之間的溫度差。因此熱輻射量和熱輻射係數、物體表面積的大小以及溫度差之間都存在正比關係。絕對黑體的輻射係數為1。熱輻射散熱也可以用另一個公式來表示：由表中中可見，氧氧化處理理是改進進材料的的輻射散散熱的重重要途徑徑。採用用鑄鐵的的暖氣片片有相當當一部分分的散熱熱靠的是是輻射散散熱。而而且塑膠膠的熱輻輻射性能能和氧化化後的金金屬差不不多。為了改改進輻射射散熱，鋁鋁
38、合金鰭鰭片散熱熱器要進進行發黑黑處理，但但是有人人是採用用噴黑色色塑膠漆漆的方法法，這種種方法雖雖然也使使其表面面變黑，但但是實際際上又加加上了一一層絕緣緣層，妨妨礙了它它的散熱熱。最好好的方法法是採用用陽極氧氧化發黑黑處理，這這個氧化化層可以以做得很很薄，不不至於影影響其散散熱，但但對輻射射散熱有有很大的的改進。總之，不不管是對對流還是是輻射都都是和散散熱器的的散熱面面積成正正比，所所以要改改善散熱熱一定要要加大散散熱器的的面積。八鰭鰭片散熱熱器散熱器器採用鰭鰭片的形形狀是為為了加大大散熱面面積。以以利於輻輻射散熱熱和對流流散熱。散散熱器的的最重要要指標就就是它的的散熱面面積A，但是是散熱器
39、器的不同同部位的的散熱效效果是不不同的。在在根部的的散熱效效果就差差，而在在頂部的的散熱效效果就好好。所以以散熱器器有一個個有效散散熱面積積。它通通常是實實際面積積的700%左右右。從經經驗得出出，一般般要散11W功率率的熱量量大約需需要500-600平方釐釐米的有有效散熱熱器面積積。而散熱熱器的材材料通常常是用鋁鋁合金，和和銅相比比，雖然然其熱傳傳導只有有銅的一一半，但但是它重重量輕、易易加工、價價格便宜宜，所以以還是廣廣泛地應應用於散散熱器之之中。一一種典型型的散熱熱鋁合金金型材如如圖111所示。圖11.典型的的鰭片鋁鋁合金散散熱器為了加加大散熱熱面積，通通常會採採用增加加高度的的方法。但
40、但是，高高度增加加到一定定程度以以後其作作用會越越來越小小。圖112表明明增加高高度對於於降低結結溫的影影響的一一個例子子。圖12.LEDD結溫隨隨散熱器器的高度度增加而而降低由圖中中可以看看出，高高度增加加到400mm以以後，結結溫的降降低就很很慢了。加大長長度也是是加大面面積的一一個方法法。但是是並不是是長度越越長越好好。由圖中中可知，長長度增加加到一定定程度以以後，結結溫不但但不再降降低，反反而會升升高。這這是因為為空氣在在沿長度度方向的的流動受受到阻礙礙所致(主要對對於垂直直放置的的鰭片為為如此)。所以對對於散熱熱器來說說，除了了加大面面積以外外，如何何加速空空氣的對對流是很很重要的的
41、事，尤尤其是像像LEDD路燈這這類安裝裝在室外外的路燈燈更為重重要。由由於室外外的風向向是不定定的，為為了在各各種風向向情況下下都能有有很好的的對流，最最好採用用針狀鰭鰭片散熱熱器。但但這也減減小了其其等效散散熱面積積很大的的百分比比。珠海南南科首次次把針狀狀散熱器器應用至至LEDD路燈中中，據說說這可以以使LEED的結結溫降低低15度以以上，提提高了LLED的的壽命。路燈散散熱器往往往由於於灰塵和和鳥糞的的積累而而使其散散熱效果果大為降降低，所所以通常常採用朝朝下安裝裝的方法法來避免免，但是是這樣做做又會使使空氣對對流的效效果降低低，因為為熱空氣氣是向上上流動的的。通常常要在安安裝時有有一個
42、傾傾斜角來來改善。 九採採用強制制風冷散散熱目前幾幾乎絕大大多數的的LEDD燈具都都是採用用自然空空氣對流流來散熱熱的。然然而，對對流的散散熱效果果是和空空氣的流流速是有有密切關關係的。在在一個115W的的LEDD燈具中中，如果果採用強強制風冷冷可以得得到其LLED的的結溫和和風速的的關係如如圖155所示。圖15.LEDD結溫和和風速的的關係在電腦腦的CPPU中，從從來都是是採用小小風扇的的強制風風冷系統統來散熱熱的。那那麼在LLED中中能不能能也採用用風扇來來散熱呢呢！目前最最大功率率的LEED燈具具要算是是LEDD路燈了了。LEED路燈燈和電腦腦最大的的差別就就是它是是安裝在在室外的的十分
43、惡惡劣的環環境條件件下的。如如果採用用風扇，那那麼這種種風扇也也必須能能夠承受受十分惡惡劣的環環境條件件。例如如必須能能夠防水水、防潮潮、防塵塵，能夠夠承受高高低溫的的考驗，等等等。而且且它本身身不能消消耗很大大的功率率。最近臺臺灣Suunonn公司推推出全球球最小、最最薄、耗耗電量最最低的“毫米科科技風扇扇與鼓風風扇MiighttyMiiniFFan&Bloowerr。並用用於各種種功率的的LEDD燈具。例例如，應應用於LLED球球泡燈，就就可以突突破9WW的瓶頸頸限制而而達到115W的的水準。同同時展示示全新“Onee-moodulle”概念所所設計的的LEDD散熱模模組，將將LEDD燈具
44、散散熱模組組化，一一款散熱熱模組可可應用於於多款LLED燈燈具，簡簡化用戶戶端的設設計流程程，預計計推出可可散熱77-155W、10-25WW、25-40WW幾種功功率水準準。可應應用於LLED球球燈、筒筒燈、MMR166投射燈燈、LEED軌道道燈等各各式LEED應用用產品的的散熱。十.結束語語目前LEED的發發光效率率還是比比較低，從從而引起起結溫升升高，壽壽命降低低。為了了降低結結溫以提提高壽命命就必須須十分重重視散熱熱的問題題。LEED的散散熱設計計必須從從晶片開開始一直直到整個個散熱器器，每一一個環節節都要給給于充分分的注意意。任何何一個環環節設計計不當都都會引起起嚴重的的散熱問問題。過過去的LLED路路燈在長長期工作作中的大大量失效效，一半半以上是是散熱設設計欠缺缺所引起起，另一一半是電電源失效效所引起起。所以以對散熱熱的設計計必須給給以充分分的重視視。隨著LEED的光光效逐年年提高，它它的發熱熱問題也也會逐漸漸降低。相相信總有有一天我我們會看看到不需需要散熱熱器的LLED燈燈具的出出現！24