高亮度led照明應(yīng)用與散熱設(shè)計(jì)

1、高亮度高亮度LED照明應(yīng)用與散熱設(shè)計(jì)照明應(yīng)用與散熱設(shè)計(jì)LED(LightEmittingDiode)固態(tài)照明，是近年來(lái)被認(rèn)為極具潛力的未來(lái)產(chǎn)業(yè)，因?yàn)橄M(fèi)者與業(yè)者均期待，可以利用LED固態(tài)照明去解決大量能源浪費(fèi)在無(wú)效率的光源照明問(wèn)題，正因?yàn)長(zhǎng)ED具備體積小、發(fā)光效率高、省電等優(yōu)勢(shì)，因此，多數(shù)人也對(duì)LED固態(tài)照明的未來(lái)發(fā)展寄予厚望。圖1：LED條燈采富彈性、可撓性的塑膠材質(zhì)接合，可用于營(yíng)造情境的輔助光源設(shè)計(jì)圖2：LED燈泡可用電路空間有限，

2、可利用整合電源IC與安全控溫晶片，縮減PCB尺寸，因應(yīng)極小化的設(shè)計(jì)需求因?yàn)長(zhǎng)ED固態(tài)照明與傳統(tǒng)光源的發(fā)光技術(shù)不同，所以更有環(huán)保、節(jié)能方面的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，先觀察常見(jiàn)的日常照明光源，不外乎白熾燈與螢光燈，白熾燈基本上在發(fā)光效率表現(xiàn)即趨于劣勢(shì)，即便具備低成本與使用習(xí)慣已建立等優(yōu)勢(shì)，但在環(huán)保觀念抬頭的社會(huì)氛圍之下，已經(jīng)成為不環(huán)保、無(wú)效率的照明產(chǎn)品。在螢光燈方面，雖然采高頻氣體放電的光電技術(shù)去達(dá)到省電效益，但實(shí)際上螢光燈管制程無(wú)法避免對(duì)環(huán)境有害的汞，

3、在環(huán)保訴求上也不是最佳的光源選擇?；氐絃ED固態(tài)光源的發(fā)展上，早期LED多用于指示性光源，即信號(hào)燈、指示燈之類的中低亮度、低功率驅(qū)動(dòng)的光源應(yīng)用，因此無(wú)散熱方面的考量，一方面是指示用光源僅用以辨認(rèn)目前裝置的使用現(xiàn)況、開(kāi)關(guān)狀態(tài)提示，并非針對(duì)照明用途，因?yàn)轵?qū)動(dòng)功率不高自然也無(wú)明顯待解決的散熱問(wèn)題。但問(wèn)題來(lái)了，高亮度LED的使用目的，多半是為了針對(duì)替代性環(huán)保光源而進(jìn)行開(kāi)發(fā)，如此設(shè)計(jì)方式會(huì)造成諸多影響。雜度，目前的主流做法是直接將電源整流、變壓模

4、組與LED發(fā)光元件進(jìn)行整合，但問(wèn)題來(lái)了，因?yàn)榭捎玫碾娐房臻g相對(duì)小很多，在裝置內(nèi)的對(duì)流空間相對(duì)變小的情況下，自然也無(wú)法得到較佳的散熱效果，也只能透過(guò)主動(dòng)式強(qiáng)制散熱的相關(guān)對(duì)策，進(jìn)行模組的散熱處理。若由熱阻抗模組觀察所制作的熱流模型，進(jìn)行LED晶粒預(yù)測(cè)接合點(diǎn)的溫度，接合點(diǎn)意指半導(dǎo)體的pn接合處，定義熱阻抗R為溫度差異與對(duì)應(yīng)之功率消散比值，而熱阻抗的形成因素相當(dāng)多，但透過(guò)熱流模型的檢視方式，可以更清楚確認(rèn)，熱的散逸處理方面，是因?yàn)槟男╆P(guān)鍵問(wèn)題而

5、降低其效率，可以從元件、組裝方式、基板材質(zhì)、結(jié)構(gòu)去進(jìn)行散熱改善工程。一般LED固態(tài)光源的熱流模型，可以從幾個(gè)關(guān)鍵處來(lái)檢視。圖5：高照明效果的天板燈，其LED需高功率驅(qū)動(dòng)發(fā)光，因此整合的電源模塊、散熱模塊成本也會(huì)較高。例如，LED發(fā)光元件可以拆解為L(zhǎng)ED晶粒、晶粒與接腳的打線、封裝的塑料，再將觀察擴(kuò)及LED光源模組，即會(huì)有LED元件、接合的金屬接腳、MetalCePCB(MCPCB)電路板、最后為散熱的鋁擠型散熱片等構(gòu)成，而熱流模型可以觀

6、察有幾個(gè)串聯(lián)的熱流阻抗，例如結(jié)合點(diǎn)、乘載晶粒的金屬片、電路板與環(huán)境等，再檢視串聯(lián)阻抗的熱回路，試圖去發(fā)現(xiàn)散熱效率低下的問(wèn)題癥結(jié)點(diǎn)。再?gòu)哪Ｐ腿ド钊胗^察，可以發(fā)現(xiàn)，從晶粒的接合點(diǎn)到整個(gè)外部環(huán)境的散熱過(guò)程，其實(shí)是由幾個(gè)散熱途徑去加總而成，例如，晶粒與乘載金屬片的材料特性、封裝LED晶粒材料的光學(xué)樹脂接觸與電路板材料熱阻特性、LED元件的表面接觸或是介于散熱用之鋁擠型散熱鰭片黏膠，乃至降溫裝置與空氣間的組合等，構(gòu)成整個(gè)熱流的散熱過(guò)程。LED固態(tài)

7、光源的散熱改善方式LED固態(tài)光源的運(yùn)作溫度如何有效散逸，會(huì)影響整個(gè)光源應(yīng)用的照明效能、能源利用效能、裝置壽命等重要關(guān)鍵，而改善散熱的方式可自晶片層級(jí)的技術(shù)、封裝LED晶粒的技術(shù)、電路板層級(jí)的技術(shù)去進(jìn)行改善。在晶片層級(jí)的散熱處理手段方面，由于傳統(tǒng)的晶片制法，多以藍(lán)寶石作為基板進(jìn)行設(shè)計(jì)，而藍(lán)寶石基板的熱傳導(dǎo)系數(shù)接近20WmK，其實(shí)很難將LED磊晶產(chǎn)生的熱快速散出，目前主流的作法，在針對(duì)LED晶片級(jí)的散熱強(qiáng)化處理，尤其是針對(duì)高功率、高亮度的L