关LED灯具散热技术

摘 要：LED灯具做为新型节能灯具在照明过程中只是将30―40%的电能转换成光,其余的全部变成了热能,因此LED散热成为其灯具发展面临的瓶颈,笔者通过分析阐述了LED灯具的散热技术,并进一步分析了散热技术的发展方向.

随着绿色节能观念的的发展,LED灯具做为新型节能灯具的典范,它以节能省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、且不含汞,具有环保效益等优点,被广泛的应用到各类场所的照明,但是LED灯具也只是将3040%的电能转换成光,其余的全部变成了热能,如此大量的热能的产生,如何散热成为LED灯具发展面临的课题.

1.LED灯具散热的难点与方式

1.1LED灯具散热的技术难点

大家都知道LED是高能效光源,因此它在工作时会发热,但是相对于白炽灯工作时高达2500℃的工作温度,它的温度要低的多,同时LED灯具是基于半导体器件的,其工作时的环境温度在25℃～85℃之间,最高与最低的温差范围仅为60℃.

根据热动力学分析,热的传递方式是辐射、传导和对流,由于LED灯具工作时温度和体积的限制,辐射和对流都不能将LED灯具工作时产生的热能及时排出,所以LED灯具的散热方式是通过热传导来完成的.

1.2LED灯具散热方式

LED灯具由于其不同的封装技术,其散热方法也不尽相同,但总体来讲LED灯具的散热方式主要有以下几种：

（1）直接向周围空气中散热

（2）LED晶粒热能直接由基板导出

（3）LED晶粒通过电极经由金线将热能导出

（4）若为共晶及覆晶接合方式,热能将经由通孔至系统电路板而导出

目前国内的LED灯具大多为晶粒以打金线、共晶或覆晶方式固定在基板上而,构成一个LED晶片,然后再将晶片与电路板封装构成一个LED照明单元,最终通过散热架形成一个完整的LED灯具.因此LED灯具的散热途径一般由LED晶粒传导到基板,再经基板传导至散热架,最后到大气环境.所以LED照明灯具散热的技术集中在：热量从LED晶粒传导至基板和热量从散热架到大气环境这两个过程中.

2.LED灯具的散热技术

2.1LED散热从晶粒传导到基板

LED散热基板主要是利用其散热基板材料本身具有较佳的热传导性,将热源从LED晶粒导出.LED晶粒基板主要是作为LED晶粒与系统电路板之间热能导出的媒介.LED晶粒基板主要以陶瓷基板和铝基板为主,而陶瓷基板根据基板布线的方法不同可分为：厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶瓷基板三种.

2.1.1厚膜陶瓷基板

厚膜陶瓷基板是通过网印技术生产,先由刮刀将导热材料印制于基板上,经过干燥、烧结、雷射等步骤而成,但是由于网印技术的限制,网印的线路比较粗糙、易造成对位不准确的现象.对于要求精细的高功率LED晶粒,不能满足其散热需求,现已逐渐退出市场.

2.2.2低温共烧多层陶瓷

低温共烧多层陶瓷技术,以陶瓷作为基板材料,将导路通过网印方式印刷于基板上,再整合多层的陶瓷基板,最后透过低温烧结而成,但是由于在烧制过程中会出现陶瓷的收缩,导致线路对位精度不高,使用量也比较少.

2.2.3薄膜陶瓷基板

薄膜散热基板是采用溅镀、电/电化学沉积、以及黄光微影制作而成,烧制温度在300"0以下,陶瓷的收缩变形较小,同时在线路印刷采用黄光微影技术,基板上的线路对位精准且不易脱落,能够满足高亮度的LED大功率的散热需求,被广泛使用.

2.2.4LED铝制基板

目前新型的LED铝制基板是将传统LED灯泡的基板后方装有铝制的散热鳍片来帮忙散热,纳米级的远红外线涂料喷涂在铝制散热基板上,LED晶粒产生的热能通过这种涂料转换成远红外线的光,它就像阳光一样,不靠介质,真空下也可迅速热传.但是由于金属热膨胀系数很大,与陶瓷基板焊接时,由于两者的热膨胀系数陶瓷不同,基板在受热后容易发生不协调现象,因此在选择材料时必须注意材料的热膨胀系数,从而提高基板的导热的可靠性.

2.2从散热架到大气环境的散热

在一般情况下将LED晶粒与电路板通过封装技术,制成一个完整的灯芯,再将这个灯芯安装在散热架上构成LED灯具.这样通过热传递由灯芯产生的热能通过散热架,通过自然对流或强制对流将热能传递的大气环境.

将散热架的热能传递到大气环境,主要是降低热阻,即热量传递通道上两个参点之间的温度差与两点间热量传输速率的比值.在目前通过减低热阻改变LED灯具散热的的方法有三种.

2.2.1减小散热架与金属外壳之间的距离

减小LED散热架与金属外壳之间的距离,增加LED散热架与金属外壳的截面积扩大对流的接触面,同时增加散热架与灯具金属外壳之间接触面的压力,并通过选用导热率高材料降低散热架与金属外壳两种零部件的导热热阻.

2.2.2减低灯芯内部的热阻

在LED灯芯在封装中,增加LED散热架与基板之间接触面和接触压力,尽可能的降低两者接触面上的缝隙,并在散热架与基板交界面处涂上导热脂,降低接触热阻,提高导热效率.

2.2.3改变散热架与大气环境的对流方式

通过设计改变散热架外观曲线,让由空气流动（对流）将热量带走,将散热架的肋片,设计为上下竖立方式,以便低温空气在肋片形成的通道中由下向上流动,加快对流传热,散热架肋片要设计为上下贯通的结构,避免空气弯曲流动,涡流出现.并在散热架的上方设置对流罩,利用烟囱的抽吸原理,提高空气流经散热架的流量,来达到散热量的强化提高.

2.2.4增加灯具外壳的散热性能

在LED灯具金属外壳涂有散热涂层,涂层在吸收热量后,发出红外线,促使外壳通过热辐射的方式将热量传递到外界大气环境.重视传热的均衡性,尽量保证灯体散热部分的温度分布均匀,充分发挥全部散热部件的作用.

3.结束语

LED灯具的散热技术随着科技的进步在不断的发展,总体上讲LED灯具的散热必须减小LED晶粒到散热架之间的热阻,并提高散热架的散热效率,是今后LED灯具的散热技术的发展方向.