《LED散熱器的選擇》
《LED散熱器的選擇》
LED作為新一代安全可靠、節(jié)能環(huán)保的綠色光源，具有耗電量少、發(fā)光效率高、穩(wěn)定性好和壽命長等眾多優(yōu)點，是目前照明產(chǎn)品中的熱點，但LED，特別是大功率LED的研發(fā)還面臨著一個比較重大的課題，即如何更好地解決散熱。
在LED中，由于外部量子效率的原因，有80～70的能量轉(zhuǎn)換為熱能，如果其熱量不能很好地散發(fā)出來，則LED的相對初溫率就會線性下降，進而髟響LED的可靠性和使用壽命。因此，解決散熱問題，成為大功率LED發(fā)展的一個關(guān)鍵所在。
目前，大功率LED的驅(qū)動電流都能達到300mA甚至1A級以上。根據(jù)上述LED器件的散熱環(huán)節(jié)，應(yīng)從以下幾方面解決大功率LED的散熱問題：
1、LED產(chǎn)生熱量的多少取決于量子效應(yīng)。在氮化鎵材料的生長過程中，應(yīng)改進材料結(jié)構(gòu)，優(yōu)化生長參數(shù)，獲得高質(zhì)量的外延片，提高器件內(nèi)的量子效率，從根本上減少熱量的產(chǎn)生，加快芯片結(jié)到外延層的熱傳導(dǎo)。
2、選擇以鋁基為主的金屬芯印制電路板（MC-PCB）、陶瓷基板（DBC）、復(fù)合金屬基板等導(dǎo)熱性能好的材料作為襯底，以加快熱量從外延層向散熱基板散發(fā)。通過優(yōu)化MC-PCB板的熱設(shè)計，或?qū)⑻沾芍苯咏壎ㄔ诮饘倩迳闲纬山饘倩蜏責Y(jié)陶瓷（LTCC-M）基板，以獲得熱導(dǎo)性能好、熱膨脹系數(shù)小的襯底。
3、為了使襯底上的熱量迅速擴散到周圍環(huán)境，通常選用鋁、銅等導(dǎo)熱性能好的金屬材料作為散熱器，再加裝風扇和回路熱管等強制制冷。無論從成本還是外觀來看，LED照明都不宜采用外部冷卻裝置，因此根據(jù)能量守恒定律，利用壓電陶瓷作為散熱器，把熱量轉(zhuǎn)化成振動方式直接消耗熱能將成為未來研究的重點之一。
4、對于大功率LED器件而言，其總熱阻是PN結(jié)到外部環(huán)境熱路上幾個熱沉的熱阻之和，包括LED本身的內(nèi)部熱沉熱阻、內(nèi)部熱沉到PCB之間的導(dǎo)熱膠的熱阻、PCB與外部熱沉之間的導(dǎo)熱膠的熱阻、外部熱沉的熱阻等。傳熱回路中的每一個熱沉都會對傳熱造成一定的阻礙，因此減少內(nèi)部熱沉數(shù)量，并采用薄膜工藝將必不可少的接口電極熱沉、絕緣層直接制作在金屬散熱器上，能夠大幅度降低總熱阻。
目前主要用到的散熱方法有以下三種：
1、簡式鰭片法。簡式鰭片法是目前經(jīng)常使用的方式，其缺點是效率低，散熱能量有限。
2、傳統(tǒng)的主動式散熱法。傳統(tǒng)的主動式散熱法主要使用風扇進行強制的對流，其散熱效果比較好，但是需要額外功耗，因此系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性下降，而且受惡劣環(huán)境的影響，它的性能也會發(fā)生變異。這種方案被采用得比較少。
3、傳統(tǒng)的熱管技術(shù)。傳統(tǒng)的熱管技術(shù)主要使用熱管，其散熱比較好，但是會導(dǎo)致成本增加，所以，目前使用得也不多。
通過改進LED的結(jié)構(gòu)材料可以較好地解決LED的散熱問題。首先根據(jù)散熱的要求計算出燈具不同的功率所需要燈具散熱的表面，然后進行燈具在結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計，包括鰭片的高度、寬度等，燈具的尺寸等也要進行特殊的設(shè)計。
隨著功率的不斷加大，燈具散熱的需求也會不斷增加。新型熱管技術(shù)是未來的一個發(fā)展趨勢。作為傳統(tǒng)熱管技術(shù)的延伸，新型熱管技術(shù)也是依靠液體相變實現(xiàn)換熱的，其傳熱能力較燒結(jié)熱管提高20%～30%，具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適應(yīng)性好、熱運輸距離遠等特點，是解決大功率LED燈散熱問題最為有效的解決方案。
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