灵活选择LED灯泡散热处理 切合实际应用需求

    由于当LED灯泡的操作温度提高时，其寿命及发光效率均会下降，而产生色偏与光衰的程度则会提高，并对于led照明会造成相当不良的影响，因此如何在LED灯泡有限的空间之中，以最有效率的方式进行散热，长期以来一直都是LED照明业者研发设计的重点。

　　一般来说，LED灯泡中的二极管在发光时所产生的废热，会通过Slug、Board…等多个零组件的引导之后，再排放到周围的大气环境中，热量传送在二极管与Slug、Slug与Board之间，主要靠的是热传导型式，至于由Board传送到大气环境中，则是有热传导、热对流及热幅射3种。LED照明业者在规划产品的散热设计时，可先对此传导过程进行散热分析，借以计算出每一段环节中的热阻值大小，然后再针对表现较差的部分加以改善。这样解决散热问题的做法会比较能看出成效。

　　分析热传导形式 解决LED散热问题

　　以热传导效率的改善为例，我们可以透过设法增加Slug/Board的几何尺寸面积，亦或是直接选用高导热材料来制作散热元件的方式来进行，以降低该部分的热阻值。而对于二极管与Slug、Slug与Board之间因面积大小差异、温度分布不均而所衍生出的扩散热阻问题，简国祥则建议可由减少面积比、增加元件底板厚度、提高材料本身的热传导系数，以及强化热对流效果…等层面来下手。增加底板厚度是较为常见的做法。当其厚度增加时，因面积比所造成的差异效应便可缩小，热往垂直方向与向两旁水平扩散的速度会更趋于一致，从而使得其扩散热阻问题的影响变小。

　　如果受限于空间的考量，底板厚度无法再增加时，业者或许也可透过增加热导管…等方式，强化底板横向的热传导系数，以缩短垂直与水平方向热传导的差异。这表示底板厚度薄时，增加其横向热传导系数的效益也就越高。虽然厚度增加会减少扩散热阻，但相对也会使一维热阻值增加。业者必须要透过实验与计算的方式，设法在此两者之间取得平衡，以找出底部最佳的厚度。但一般来说，当二极管与Slug、Slug与Board之间的面积差异越大时，最佳厚度也会有跟著增加的趋势。

    至于在热对流方面，除了因所处环境的需求，必须利用风扇…等方式进行强制对流之外，一般业者为避免增加其产品散热元件体积及制造成本，通常都会采用自然对流的方式设计。当Board几何面积越大，或热对流系数越高时，其热对流的热阻值就越小。但不幸的是，通常Board几何面积越大时，热对流系数则相对越差。因此人们在规划LED灯泡布局时，一般会取其Board的几何面积与热对流系数相乘之后的最大值来进行设计。

　　另外对于散热鳍片的设计，由于其热量会由底部传至尾端的方式进行散热，因此其热传导系数、热对流系数与厚度值，都会影响散热鳍片的最适尺寸。在一般的情况下，当散热鳍片厚度、热传导系数越高时，鳍片散热效率就越好；而相对而言，当热对流系数越高时，鳍片散热效率会越差。这也就是说，如果热对流效果很好时，散热鳍片所需要的尺寸便越小。因此一般采自然对流的散热鳍片通常会比较高大，而鳍片与鳍片之间所应保持的距离也会越宽。

　　LED灯泡散热处理 需切合实际应用需求

　　除了上述的热传导及热对流外，热幅射也是LED灯泡散热的一项重要机制。热幅射的效果好坏与材料的表面状况有关。以散热鳍片为例子，在大小及间隔固定的条件下，其铝材质表面是否有抛光，还是已经被氧化，对于其热幅射效果就有很大的差异。另一方面，也由于热幅射表面必须要有温差，并且能直接看到彼此，才能进行热传，因此对于某些款式的灯具，热幅射的散热效果，有时甚至比其它两种更好。

　　不同的灯具设计及照明需求，所应采用的散热技术也会有所差异。象是发光效率、半导体材质、光源分布状况、热量传输的距离、外部所能接触到的气流环境…等变量，对于灯具散热元件的设计即有很大的影响。举例来说，若LED灯泡的发光效率能够提升至90%，让电流转换成的热量减少，或是所采用的半导体元件材料在较高温度下仍可正常运行，自然便能缩小散热元件所需占用的面积。“而有的灯具(如嵌灯)会处于相对密闭的空间，有些(如投射灯)则可直接曝露在大气或冷房环境之下。”因此具体的LED灯泡散热处理设计方式，应该要视其需求与所处状况而定。