LED燈具市場商機浮現 散熱關鍵材料成定局

　　日前于臺北舉辦的臺灣國際科技照明展剛剛落幕，參展廠商共襄盛舉，紛紛展出各種最新的LED燈具應用。 在全球LED應用市場不斷擴大之際，除了歐美及中國大陸等潛力市場，也不可輕忽一個極有爆發(fā)力的印度市場。 印度對LED產品需求主要靠進口，2004年印度LED進口額為6,470萬美元，2005年進口額已增為7,123萬美元，2006年LED進口額已達到8,850萬美元，年增率超過11.93%，到2007年印度經濟發(fā)展更加突飛猛進，LED進口金額屢創(chuàng)新高。

　　經過兩年的發(fā)展，2010年印度更預計超過10億美元，年增率破12%，是全球LED市場中相當有發(fā)展?jié)摿Φ男屡d市場之一，這主要是該國隨經濟成長所帶動的電力需求極大，受資源的限制，惟有提前在節(jié)能減碳的LED應用布局，否則建再多的電廠也不夠用。

　　日前經濟部也預估過，如果未來全臺灣230萬盞路燈都能改成LED燈，1年就能省下7.5億度電，以及新臺幣15億元的電費，同時減少51.7萬公噸的二氧化碳排放。

LED路燈散熱燈殼應用新材料降溫測試

　　「LED路燈嚴重光衰」需要從LED散熱技術的根本來解決

　　在此次的科技照明展中，我們看到一些有趣的現象。 那就是在某些廠商展出的大型路燈、舞臺燈、室外洗墻燈上發(fā)現，燈具的散熱燈殼涂上了厚厚一層的傳統(tǒng)黑色烤漆，把LED路燈涂裝得像是抽水馬達一樣。 訪談后得知，廠商說由于是應用在戶外，要耐得住氣候變化酸雨侵蝕，只好噴涂上烤漆保護。 那為什么要用黑色的油漆呢？ 答案居然是比較耐臟，臟了比較看不出來。 為什么要用油漆呢？ 難道不擔心油漆會形成熱阻造成LED光衰？ 答案是，如果用陽極處理保護也還是會有熱阻，而且曝露在外幾個月就會失效，只好用油漆保護，就算會光衰也盡量撐過工程單位驗收就好了。

溫度其實就是LED路燈光衰的關鍵問題，偏偏LED路燈就卡在這個環(huán)節(jié)。 LED路燈由于發(fā)光功率大于家用燈具，因此廠商在散熱基板鰭片、散熱風扇的設計上費盡苦心，等到組裝完畢又要在燈具及散熱模組外面加上噴漆保護以防氣候侵蝕。 不料這個外部保護的噴漆卻把散熱模組努力排散出去的熱度又封了回去，造成散熱不良，嚴重的導致LED磊晶光衰。 依目前大型路燈驗收規(guī)范，LED燈具壽命測試：1,000小時以上之壽命測試(Life Test)，光衰減量要小于3%(枯化點燈)；15,000小時以上之壽命測試(Life Test)，光衰減量要低于8%。 通不過規(guī)范，就拿不到公共工程驗收款。

　　在LED應用上，終端散熱性更勝于熱傳導界面層

　　業(yè)界對于散熱可以從熱傳導性(Heat Conductivity)與散熱(Heat dissipation)兩面向來探討。 對于業(yè)界在LED散熱上過于強調在前端追加熱傳導層的做法，冠品化學公司的研發(fā)副總葉圣偉博士，提出迥異于業(yè)界一般做法的根本解決之道。

　　葉博士指出，若導入以下的熱阻公式Rtotal=Rl-s+Rs+Rs-a ，整個LED總熱阻為LED到Substrate基板之間的熱阻(Rl-s)，加上基板熱阻( Rs)再加上基板到空氣端的熱阻(Rs-a)三者的總和。 以一般鋁基板Rs熱阻約2~3cm 2 ?K/W，而基板到空氣端的熱阻Rs-a熱可達到400~3,000cm 2 ?K/W，瓶頸反而出在基板這邊。 當導入熱通量公式計算下，熱流量q=Q(總熱量)/A(表面積)=(T1-T2溫差)?k(導熱系數)/l(通過長度)，由于LED的熱流量q恒為固定常數，因此熱阻(Rt)為通過長度l除以導熱系數k之值，熱傳導長度越短越能有效降低整體熱阻，而總熱阻隨著各介面之間的熱阻，以及各介面之間的介面熱阻的累加而攀升。

　　傳統(tǒng)鋁基板在散熱上的瓶頸

　　葉博士指出，業(yè)界慣用的MCPCB散熱鋁質基板，是由底部鋁塊與上層銅箔組，中間填導熱膠(Adhesive)所組成。 銅箔熱阻0.001 cm 2 ?K/W接近0，鋁底層熱阻為0.08 cm 2 ?K/W，但導熱膠熱阻高達1 cm 2 ?K/W，真實量測到的MCPCB熱阻約2~4 cm 2 ?K/W。 從熱傳導觀點來看，傳統(tǒng)MCPCB底部的鋁基板根本是多余的，與銅箔之間的導熱膠通常也是硬質地材質，溫度上升時會因為銅與鋁漲縮系數不同，造成中間導熱膠分層空隙而增加介面熱阻。