LED光源散热不良的原因及对策

摘 要

随着LED光源的广泛应用，LED光源的散热问题也越来越受到重视，散热不良限制了LED产品性能的拓展、降低了产品寿命、提高了对安装方式及配套设备的要求。因此，解决LED散热问题势在必行。本文阐述了LED光源散热不良的成因及后果，针对LED的散热途径进行分析，深化了LED散热问题的应对方法。

【关键词】LED 散热 热传导

1 LED光源散热不良的成因及后果

1.1 LED光源散热不良的成因

（1）LED光源发热量大的部分原因与其他光源一样，输入的电能并没有完全转化为光能，而是一部分转化为热能。LED的电光转换效率只有30%左右，大约70%的电能都以热量的形式需要被良好散发。

（2）不仅如此，由于LED照明属于固态照明，LED光源与其组件直接接触，在 LED组件上产生的单点集中高温无法与LED光源隔离，因而增大了散热难度，LED光源热处理问题较传统光源复杂得多。

（3）LED照明为了实现日常照明的应用目的，必须通过加大单组光源的功率来提高光通量输出，一般情况下，会采取多LED单元组合以加强输出效果。此外，也可以通过提高单个LED单元的光通量输出来实现，此举必须输入更大的电流，使LED芯片的PN结面产生更多光通量，但更大的电流也会让LED单元的温度加速升高。

1.2 LED光源散热不良的后果

LED光源散热不良直接导致LED的使用寿命降低；灯具材料反复高温氧化，引起LED组件及灯具品质下降；热量积聚，造成电子元器件过热而损坏，引起电子故障。

因此，必须建立科学高效的散热机制，采取更多创新方法进行散热处理。

2 LED散热问题的应对方法

2.1 方法一：散热器采用铜、铝结合制造工艺

LED光源的散热器常用铝和铜两种材质。铝散热器是早期最为常见的散热器，其制造工艺简单，成本低，到目前为止，铝散热器仍然占据着相当一部分市场。铜的热传导系数是铝的1.69倍，不过铜的质地是个问题，机械加工性能不如铝；同时铜的熔点比铝高很多，不利于挤压成形。

在考虑了铜和铝这两种材质各自的优缺点后，目前市场部分高端散热器倾向于采用铜、铝结合制造工艺，这些散热器通常采用铜金属底座，散热鳍片采用铝合金。凭借出色的热传导系数，铜制底座可以迅速吸收LED释放的热量；铝制鳍片则可以借助现代工艺手段制成最有利于散热的形状，在提供较大的储热空间的同时快速释放热量，这种工艺在各方面找到了的一个均衡点。

2.2 方法二：LED与其基板以共晶或覆晶的方式一体化

由于LED膨胀系数与常用的金属导热、散热材料膨胀系数差距很大，因此不能直接将LED焊接在该材料上，以免产生的高、低温热应力破坏LED。如果将LED与其基板以共晶或覆晶的方式连结，会大幅增加经由电极导线至系统电路板间的散热效率，但是此制作方式对于基板的布线精确度、基板线路表面平整度要求极高，这就使得厚膜及低温共烧陶瓷基板的精准度受制作过程中网版张网问题及烧结收缩比例问题影响而降低成品率。目前多以导入薄膜陶瓷散热基板解决此问题。薄膜陶瓷散热基板以黄光微影方式制备电路，辅以电镀或化学镀方式增加线路厚度，使得其产品既满足线路高精准度又实现高平整度的要求。共晶或覆晶制作过程辅以薄膜陶瓷散热基板势必将大幅提升LED的发光效率与产品寿命。

2.3 方法三：采用热管作为散热器

热管是一种典型的传热元件，它充分结合了热传导原理与致冷介质的快速热传导性质，通过全封闭真空管内液体的蒸发与凝结来传递热量，具有优异的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可根据需要设置、远距离传热、温度可控等一系列优点，并且由热管组成的散热器具有传热效率高、结构灵活紧凑、流体阻损小等优点，其热传导能力超过已知所有被选作散热器材料的金属的导热能力。

2.4 方法四：SynJet

SynJet的基本原理是一个类似振动薄膜的部件，以一定频率振动进而压缩薄膜腔内空气，空气受压缩后从细小的固定喷嘴高速喷出，形成空气射流喷向散热片，同时空气射流带动散热片周围的空气流动进而带走热量。该技术最先用于数控机床芯片的散热，现在引入LED照明散热，主要用于替代LED的散热风扇。

在应用SynJet散热组件时，有一点要特别注意，整个灯杯要有开口或开敞，保障内外空气交换，否则SynJet的散热效果会降低不少。

2.5 方法五：离子风散热技术

离子风散热技术的基理，是利用正负电子中和的原理，使一对电极中的一端产生正离子，飞向另一端的负离子，离子的运动过程带动空气流动形成稳定气流，即产生“离子风”进而带走热量，此方法在完全没有运动部件的情况下实现了静音散热。

离子风的散热技术与目前主流散热技术相比，可以提升250%的散热效率。采用这种技术的离子风引擎两端各设置一个高压电极，正负电极之间的电压差高达数千伏，在此电压条件下，空气中的气体分子可以轻易实现离子化，此过程产生的离子风可以高效的带走LED所产生的热量。目前技术人员正在努力实现低电压环境下离子风技术的运行。

3 结束语

目前，各国照明学术界均对LED光源作为第四代光源领军者的地位坚信不疑，尽管目前LED光源还有散热等方面的困难存在，相信随着社会需求力量的推动，LED光源终会不断优化自身性能，进军更大的照明领域。

参考文献

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[2]谢明君，郑国宏.便携式密封电子设备的自然散热设计[J].无线电通信技术，2014（02）.

[3]王攀藻.电子产品的散热设计研究[J].科技致富向导，2010（18）.

[4]曹新民.论电子单板散热设计探究[J].电子制作，2013（08）.

作者简介

陆楠（1982-），男，安徽省阜阳市人。大学本科学历。现供职于徐州华军建筑设计有限公司。

作者单位

徐州华军建筑设计有限公司 江苏省徐州市 221600