大流明LED街燈要求風(fēng)扇以外的新散熱解決方案

受限于技術(shù)，LED目前的轉(zhuǎn)換效率仍為兩成左右，也就是說有高達(dá)八成的電能會轉(zhuǎn)換成熱能，因此散熱問題始終是LED照明面臨的重要挑戰(zhàn)。尤其LED發(fā)光熱能是集中于小范圍，因此在電力輸入功率較大的路燈應(yīng)用中，LED接口溫度相當(dāng)高，再加上路燈為長時間持續(xù)工作，熱能的產(chǎn)生更為可觀，因此若散熱模塊不能有效散熱，LED街燈便會出現(xiàn)嚴(yán)重的光衰現(xiàn)象，導(dǎo)致使用壽命大幅縮短。隨著中國大陸近年力推“十城萬盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用工程政策，LED街燈裝設(shè)數(shù)量迅速增多，LED街燈光衰問題更為突顯。

LED光衰現(xiàn)象和散熱效能息息相關(guān)，為有效達(dá)成散熱目的，相關(guān)業(yè)者紛紛循各種途徑尋求解決之道。就整體的散熱設(shè)計來看，散熱基板材料與LED晶粒封裝方式極為關(guān)鍵。首先，LED散熱基板的運作方式為利用散熱基板材料本身的熱傳導(dǎo)性，將熱源從LED導(dǎo)出，而從LED散熱途徑來看，又可將LED散熱基板細(xì)分為LED晶?；迮c系統(tǒng)電路板兩大類，此兩種散熱基板分別承載著LED晶粒與LED芯片。其中，LED晶?；逯饕亲鳛閷ED晶粒的熱能傳導(dǎo)至系統(tǒng)電路板的的媒介；系統(tǒng)電路板則是負(fù)責(zé)將熱能傳導(dǎo)至散熱鰭片、外殼或大氣中的材料。

慎選散熱基板材質(zhì)及導(dǎo)熱膠

璦司柏電子工程師游慧茹指出，在系統(tǒng)電路板散熱這個部分，早期LED產(chǎn)品的系統(tǒng)電路板多以PCB為主，但隨著LED街燈應(yīng)用等高功率LED需求的增加，PCB材料的散熱能力不足以應(yīng)付，因此業(yè)界已發(fā)展出高熱導(dǎo)系數(shù)鋁基板(MCPCB)，主要是利用金屬材料散熱較佳的特性達(dá)到高功率產(chǎn)品散熱的目的。

除了散熱基板的材料需要注意外，鋁基板黏合使用的導(dǎo)熱膠也必須慎選。冠品化學(xué)研發(fā)部副總經(jīng)理葉圣偉博士指出，部分廠商以為導(dǎo)熱膠膜或?qū)崮z墊越厚越好，卻忽略越厚則熱阻越大。再者，導(dǎo)熱膠膜或軟質(zhì)導(dǎo)熱墊片并無法與基板真正密合，存在于貼合面的許多孔隙是另一種形式的熱阻質(zhì)。綜合這些因素，散熱導(dǎo)熱的效率將有所降低，需用對導(dǎo)熱膠才能降低熱阻。

他指出，網(wǎng)印施工的軟陶瓷導(dǎo)熱膠為軟質(zhì)半液態(tài)，在網(wǎng)印機刮刀涂布于鋁基板時，導(dǎo)熱粒子會滲入基板表面的孔隙并予以填滿，進(jìn)而形成完全平整且無孔隙的平面，與LED晶粒載板黏合時會完全密合，如此就能減少熱阻，熱度可迅速被傳導(dǎo)出去，LED晶粒環(huán)境溫度隨之降低，LED街燈的光衰現(xiàn)象自然得以延緩發(fā)生。他并強調(diào)，網(wǎng)印施工的軟陶瓷導(dǎo)熱膠具有延展性，在高溫烘烤或回焊時，會隨著鋁基板的熱脹冷縮一起變化，應(yīng)力非常小，因此不會造成鋁基板彎曲，甚至是爆板。

不過，游慧茹特別指出，盡管系統(tǒng)電路板能將LED芯片所產(chǎn)生的熱有效散熱至大氣環(huán)境，但是首先是LED晶粒所產(chǎn)生的熱能必需有效的從晶粒傳導(dǎo)至系統(tǒng)電路板，否則，隨著LED功率的提升，整體LED的散熱瓶頸將出現(xiàn)在LED晶粒散熱基板。目前市面上LED晶?；逯饕蕴沾苫鍨橹?，依線路備制方法不同略可區(qū)分為厚膜陶瓷基板、低溫共燒多層陶瓷，以及薄膜陶瓷基板三種，其中薄膜陶瓷基板為相對較新的技術(shù)，可有效滿足倒裝片(Flip Chip)封裝方式所要求的布線精確度與燒結(jié)收縮比例問題。