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| 淺析LED照明散熱技術現狀及進展 |
| （時間:2026-03-28 08:28:38） |
LED以其體積小、耗電量低、環保、堅固耐用以及光源顏色豐富等特點，備受廣大用戶的青睞。但是，目前LED照明的發展麵臨的瓶頸之一就是散熱，本文將通過分析照明過程中的發熱問題對LED的影響，來引出散熱技術在LED照明中的重要性，並且就目前以及將來的散熱技術做概括和分析。
一、LED照明中存在的發熱問題以及影響
1、LED照明存在的發熱問題
在使用LED照(zhao)明(ming)過(guo)程(cheng)中(zhong)，與(yu)使(shi)用(yong)傳(chuan)統(tong)照(zhao)明(ming)方(fang)式(shi)一(yi)樣(yang)，需(xu)要(yao)將(jiang)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)光(guang)能(neng)。然(ran)而(er)在(zai)這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)中(zhong)，沒(mei)有(you)一(yi)種(zhong)能(neng)夠(gou)完(wan)全(quan)地(di)將(jiang)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)光(guang)能(neng)，而(er)且(qie)隻(zhi)能(neng)將(jiang)少(shao)數(shu)部(bu)分(fen)的(de)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)光(guang)能(neng)，其(qi)餘(yu)大(da)部(bu)分(fen)電(dian)能(neng)(60%一70%)在LED發光、照明的過程中轉化成了熱能。尤其是對於大功率的LED器件及照明燈具來說，隨著功率的不斷增大，LED內部芯片的溫度也會逐漸上升，而且LED內部芯片以及其它器件的性能會隨著溫度上升而下降，甚至失效。最終導致LED器件無法工作。從根本上講，結溫的上升降低了PN結發光複合的幾率。表現在光源上就是發光亮度下降，產生了飽和現象。因此發熱問題是LED發展過程中亟待解決的問題。
2、發熱問題對LED的影響
在上麵發熱問題中提到，發熱問題不僅會影響到LED器件的壽命，還能夠影響到發光亮度。經驗證明，LED尤其是大功率LED的壽命主要依賴於芯片的結溫，溫度越高。可靠性越低，工作壽命越短。因此不僅需要從LED材料、製作方式、封裝結構以及發光原理等方麵綜合設計LED器件，更重要的是解決目前存在LED器件以及燈具中的散熱問題，選擇合適的封裝結構、合理的散熱方式，並應用到LED照明中。
二、LED照明散熱技術現狀
針對LED器件以及燈具在電能轉化為光能方麵的局限性，提出了散熱技術這一概念。散熱旨在解決在LED照明過程中，除去電能轉化成的那一部分光能，由電能轉化成的熱量對LED內部芯片產生的影響(使得芯片性能下降、老化甚至失效)。
1、影響LED散熱的主要因素
影響散熱的主要因素有材料屬性(導熱率)、封裝結構、封裝材料、芯片尺寸、芯片材料、芯片上電流密度等。一般情況下，LED照明器件以及燈具是由芯片、電路基板、外部散熱器以及驅動器四部分構成。因此目前存在兩種散熱設計方案：一是減少LED器件由電能轉化成熱能，實現過程需要通過提高LED內部器件的內量子效率，從而提高LED的出光效率，進而從內部解決LED在照明(使用)過程中產生的散熱問題;二麵是從外部設計考慮出發，通過改變LED器件以及燈具的封裝材料或者封裝方式，以達到減小封裝熱阻的目的，有時還需要配置合適的散熱器來解決高結溫問題，進而實現延長LED器件的使用壽命。
2、目前存在的散熱方式
由於在技術方麵的局限性，目前多采用改變LED照明器件的外部設計或者使用散熱器的方法來解決散熱問題。LED照明器件的散熱方式目前有很多種，可以分為封裝級散熱方式和燈具級散熱方式。封裝級散熱方式，顧名思義，它是通過優化LED內部封裝結構以及材料來達到減小封裝熱阻的效果，主要分為封裝結構方麵的矽基板倒裝芯片(FCLED)結構、金屬線路板結構等和材料方麵的基於基板材料和粘帖材料的擇優選取原則。
erdengjujisanrefangshizhuyaoshizhireliangcongfengzhuangjibandaowaibusanreqidechuandiguochengzhongshishisanredefangshi，zhuyaofenweibeidongsanrehezhudongsanre，zhudongsanreshizhitongguoxitongyiwaidenengliangqudong，jiangLED內部芯片以及本身器件的熱量散發出去，主要包括加裝風扇強製散熱、液冷散熱、半導體製冷散熱、離子風散熱和合成射流散熱等;而被動散熱是指僅通過散熱器本身，將在LED照明過程中產生的熱量分散出去，達到降低結溫的效果，主要有直接自然對流散熱和熱管(平板熱管、環路熱管和翅片式熱管)技術散熱兩種。
3、幾種散熱方式舉例
材料的擇優選取原則：在(zai)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)散(san)熱(re)方(fang)式(shi)的(de)前(qian)提(ti)就(jiu)是(shi)封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)已(yi)經(jing)確(que)定(ding)，可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)已(yi)經(jing)確(que)定(ding)好(hao)的(de)封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)選(xuan)擇(ze)最(zui)合(he)適(shi)的(de)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)來(lai)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)導(dao)熱(re)性(xing)能(neng)，進(jin)而(er)減(jian)少(shao)LED照明器件的封裝熱阻，最終達到係統散熱的效果。封裝材料可以大致地分為基板材料、粘貼材料和封裝材料三種。
就基板材料而言，LED照明器件中涉及到的散熱技術要求基板材料具有高電絕緣性、高穩定性、高導熱性以及芯片匹配的熱膨脹係數。常用的基板材料主要有矽、金屬(鋁、銅等)、陶瓷(A1N、SiC)和複合材料。
液冷散熱：液冷散熱方式是一種利用液體在泵的強製帶動下流經散熱器表麵的方式，耗散熱量的散熱技術。美國廠商Etemaleds曾推出一種“水冷式”LED燈――EtemaledsHydraLux一。它采用液冷散熱方式，不僅省去了用於冷卻燈泡內部的散熱管、散熱片及風扇等，而且沒有在燈泡的上半部分包覆散熱材料，它的光放射角擴大到了360度。
由上麵的介紹可知，液冷散熱方式是一種主動散熱方式，然而液冷散熱方式在製作過程複雜且難於實現，價格高，不適用於高溫、震動等惡劣環境;而且在液冷散熱方式在LED照明器件應用中，要求密封高的液體循環致冷裝置，如果在生產過程中稍有不當，就會造成LED器件的損毀。
三、LED照明散熱技術的進展
隨著目前LED照明技術的日漸成熟，LED照(zhao)明(ming)應(ying)用(yong)的(de)普(pu)及(ji)，現(xian)有(you)的(de)散(san)熱(re)技(ji)術(shu)不(bu)僅(jin)是(shi)基(ji)於(yu)封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)和(he)材(cai)料(liao)，而(er)且(qie)還(hai)有(you)基(ji)於(yu)能(neng)量(liang)傳(chuan)遞(di)過(guo)程(cheng)。就(jiu)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)基(ji)板(ban)材(cai)料(liao)在(zai)近(jin)幾(ji)年(nian)中(zhong)有(you)了(le)新(xin)的(de)發(fa)展(zhan)，最(zui)新(xin)趨(qu)勢(shi)指(zhi)向(xiang)了(le)對(dui)於(yu)矽(gui)基(ji)氮(dan)化(hua)镓(jia)(GaN―on―Silicon)的研發。在與藍寶石基板相比之下，矽基氮化镓有以下特點：能夠減少熱膨脹差異係數，能夠強化LED發光強度，製造成本低、散熱效果顯著。因此矽基氮化镓受到了LED生產商的青睞。
結語
與傳統的照明技術相比，LED並沒有完全取代傳統的光源，這是由於在LED照(zhao)明(ming)技(ji)術(shu)方(fang)麵(mian)仍(reng)存(cun)在(zai)著(zhe)許(xu)多(duo)關(guan)鍵(jian)性(xing)問(wen)題(ti)，主(zhu)要(yao)的(de)瓶(ping)頸(jing)之(zhi)一(yi)就(jiu)是(shi)散(san)熱(re)問(wen)題(ti)。雖(sui)然(ran)現(xian)有(you)的(de)散(san)熱(re)方(fang)式(shi)有(you)很(hen)多(duo)，但(dan)是(shi)還(hai)存(cun)在(zai)局(ju)限(xian)性(xing)，如(ru)實(shi)現(xian)困(kun)難(nan)，成(cheng)本(ben)高(gao)、導熱性能差、環境要求高以及技術不成熟等。因此在LED照明散熱技術方麵還有待深人研究和發展，以便為LED相關技術的成熟發展和LED的廣泛應用奠定基礎。
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