LED照明設(shè)計(jì)的散熱失敗原因

LED光源發(fā)熱的原因是LED晶片中的載流子非量子復(fù)合。

LED的PN結(jié)發(fā)熱首先要通過(guò)晶片半導(dǎo)體材料自身向外傳導(dǎo)到晶片的表面，這個(gè)有一定的熱阻。從LED元件的角度來(lái)講，因封裝的結(jié)構(gòu)而異，晶片與支架之間也會(huì)有大小不等的熱阻。這兩個(gè)熱阻之和構(gòu)成了LED的熱阻Rj-a。從使用者來(lái)看，特定的LED的Rj-a這個(gè)參數(shù)是無(wú)法改變的，這是晶圓廠家和LED封裝企業(yè)需要企業(yè)需要研究的課題，但是可以通過(guò)選擇不同廠家的產(chǎn)品或型號(hào)來(lái)盡可能減少Rj-a值。

LED燈具中，LED的傳熱途徑相當(dāng)復(fù)雜，主要的途徑就是LED-PCB-heatsink-fluid，作為燈具的設(shè)計(jì)者，真正有意義的工作是優(yōu)化燈具材料和散熱的結(jié)構(gòu)盡可能的減少LED元件與流體之間的熱阻。

作為電子元件的安裝的載體，LED元件還是主要以焊接的方式與電路板連接，金屬基的電路板的總體熱阻相對(duì)較小，常用的有銅基板和鋁基板，鋁基板因價(jià)格相對(duì)較低而得到業(yè)界的廣泛采用。鋁基板的熱阻因不同廠家的工藝而有所差異，大致的熱阻在0.6-4.0°C/W，價(jià)格相差也比較大。鋁基板一般有3個(gè)物理層，線路層、絕緣層、基板層。一般的電絕緣物質(zhì)的導(dǎo)熱能力也很差，因此熱阻主要來(lái)自于絕緣層，且因采用的絕緣材料差別較大。其中以陶瓷基絕緣介質(zhì)熱阻最小。相對(duì)便宜的鋁基板一般采用的是玻纖絕緣層或樹(shù)脂絕緣層。熱阻大小也與絕緣層厚度正相關(guān)。

在兼顧成本與性能的條件下，合理的選擇鋁基板類(lèi)型和鋁基板面積。相對(duì)的，正確設(shè)計(jì)散熱器外形和散熱器與鋁基板的最佳連接才是燈具設(shè)計(jì)的成敗的關(guān)鍵所在。決定散熱能力大小的真正因素是散熱器與流體的接觸面面積和流體的流速。一般的LED燈具都是采用自然對(duì)流的方式來(lái)被動(dòng)散熱，熱輻射也是主要的散熱方式之一。

因此我們可以分析出LED燈具散熱失敗的原因：

1. LED光源熱阻大，光源熱散不出，使用導(dǎo)熱膏會(huì)使散熱運(yùn)動(dòng)失敗。

2. 使用鋁基板作為PCB連接光源，因鋁基板有多重?zé)嶙?，光源熱傳不出，使用?dǎo)熱膏會(huì)使散熱運(yùn)動(dòng)失敗。

3. 沒(méi)有一定空間給發(fā)光面進(jìn)行熱緩沖，會(huì)造成LED光源的散熱失敗，光衰提前。以上三類(lèi)原因?yàn)楝F(xiàn)在行業(yè)中LED照明設(shè)備散熱失敗的主要原因，沒(méi)有較為徹底的解決辦法。一些大公司將燈珠一體化封裝運(yùn)用陶瓷襯底散熱，但是由于成本較高無(wú)法得到普遍使用。因此還提出了一些改善方法：

1.LED燈具的散熱器的表面粗化是有效改善散熱能力的方式之一。

表面粗化，就是不采用光滑面，可以物理和化學(xué)方法達(dá)到，一般就是噴砂和氧化的方法，著色也是一種化學(xué)方法，可以和氧化一道完成。型材磨具設(shè)計(jì)時(shí)，可以在表面加些筋道，增加表面積來(lái)改善LED燈的散熱能力。

2.提高熱輻射能力的常用方式是采用黑色著色的表面處理。