細說燈具散熱

眾所周知，LED（Light Emitting Diode），發光二極體，是一種固態的半導體 器件，它可以直接把電能轉化為光能。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附著在一個支架上，是負極，另一端連接電源的正極，整個晶片被環氧樹脂封裝起來。

半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它裡面空穴佔主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個「P-N結」。當電流通過導線作用於這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴複合，然後就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成P-N結材料決定的。

LED把電能轉化為光能的過程中，電流流過LED元器件時，PN結的溫度會上升，形成所謂的發光發熱，即電流越高，溫度越高，光的亮度就越高，看到這裡很多人可能會說，既然如此，那為什麼還要去控制LED的溫度呢？

要了解此問題，我們先來看看過高的溫度會對LED跟LED燈具造成怎樣的影響。

溫度對LED的影響

LED主要由支架、銀膠、晶片、金線（銅線）、環氧樹脂所組成的，其中除了支架和環氧樹脂外，其餘三種物料出現損害都能直接導致LED停止工作，而過高的溫度，正好就是以上三種物料的剋星，在高溫的環境下LED的光衰會增大，減少LED的使用壽命，更有過者甚至能在一瞬間把金線（銅線）燒毀導致LED直接損壞。

單體的LED並不能直接滿足使用需求，常常伴隨者LED一同出現的還有LED電源（驅動），電源本身就是一個發熱體，它有著自身的耐溫要求，如若溫度太高，會造成電源的失能甚至損害，從而導致LED燈具無法正常工作。

所以，解決LED跟LED燈具的溫度問題是刻不容緩的，也就是散熱。

散熱原理

傳統意義上的散熱就是所謂的傳遞熱量，而傳遞熱量的原理有以下三點：

1傳導

眾所皆知，熱是能通過介質傳導的，它能從溫度過高的位置傳遞到溫度過低的位置，既然如此，那麼材料的傳導率、散熱體結構造成的熱阻以及形狀大小都有可能對熱傳導進行干擾。

2輻射

高中物理老師告訴我們，熱是往上走的，其實這就是所謂的輻射，它很極限與周圍的環境以及輻射體本身的材料。

3對流

買樓房的人應該聽過一字樓這個概念，銷售一般會說這樣的樓房是很涼快的，確實如此，所謂的對流就是通過氣體或液體的流動來散熱，它的散熱速度一般取決於流動的速度，如若想在燈體上實現是很難的（考慮防水，安規等因數），不過也並非沒有具體參考以下圖示產品。

以上三點散熱，現在用到燈具上最多的是熱傳導，同樣這也是今天我們著重探討的話題。

熱傳導

閱讀以上文字的朋友應該注意到影響熱傳導的有三點，材料、結構、尺寸。

1材料

說到材料，我們得由LED燈具的組成來說，首先一個最常見的LED燈具是由散熱器（燈身）、LED、基板、電源驅動、光學元件組成的。其中發熱體有LED、驅動兩個，散熱體有散熱器、基板、或者鋁製的光學元件（導熱量幾乎可以忽略不計）。

散熱器

LED燈具的散熱器一般都是鋁製的，其中分為兩大類，以AL6060等鋁材為主的拉伸鋁，以ADC12為主的壓鑄鋁。其中ADC12的導熱係數為96.7w/m ℃，AL6060等鋁材為198~250w/m ℃不等，在導熱上後者是優於前者的，看到這裡有人可能會問，既然AL6060等鋁材導熱這麼好，為什麼還會有ADC12的出現呢？

ADC12壓鑄鋁，它以量產快，可以滿足設計美觀上的大致要求（幾乎是你想到的造型都能呈現出來），不過因為可改動低，設計模具費用高，一般是採用在尺寸不是很大，不需要修改的產品上，同樣的它也因為價格相對便宜，所以長期佔據在外殼市場上。

拉伸鋁，導熱性強，模具成本低一般是壓鑄模的十分之一，長度變化也很靈活，加工量產快，然而它不能完全佔據外殼的市場原因有以下幾點：硬度不足，容易變形、外觀基本只能是拉伸型，變化少，滿足不了市場外觀要求。

綜合以上兩點，可得出散熱拉伸鋁優於壓鑄鋁，外觀實用性後者優於前者，具體取決還要看設計的成本要求以及外觀要求。

基板

除了外殼之外，基板也是重要的散熱體之一，市面上常見的能用到LED燈具上的散熱基板有銅基板、鋁基板，其中導熱性銅基板優於鋁基板，不過優於價格相對高，很大部分的設計者或者企業都會選擇鋁基板作為散熱板。

2結構

外觀上可以採用以下圖示中鰭片設計。

在設計初期，應當想好電子元器件的擺放，避免出現以下幾種圖示中的共熱源情況。

在結構的允許下，最好不要把電源的位置固定到光源底下，因為按照熱流通的原理，熱是往上走的，在確實沒辦法控制的情況下，最好把傳導距離預留到3CM以上（至於為什麼，請自行百度熱傳導相關知識）。設計平面如下圖。

3尺寸

這個就不細說了，例如一平方米的材料導出1W的熱量，跟一平方米的材料導出100W的熱量，這個概念很清楚，沒有必要細說，在這裡只能推薦是，在合理的範圍內選用合理的尺寸。

散熱誤區

讀以上的資料，很多人應該明白熱導對於燈具散熱來說是至關重要的，所以很多人都會去選擇更好的散熱材料，從而迷信於那些所謂的價格高，沒有經過多方驗證的高科技材料，其實有實驗得出，用普通的鋁散熱，經過多次測試，熱沉的溫度也就只比某些所謂的高科技散熱材料高3-5°，也就是說，如果真能用到一種導熱特好的材料，在熱阻為零的情況下，只能把溫度降低3-5°而已，但成本上就另談其說了。

除了材料，熱管上面也存在很大的誤區，首先來說說什麼是熱管，熱導管（稱熱管）是一種具有快速均溫特性的特殊材料，其中空的金屬管體，使其具有質輕的特點，而其快速均溫的特性，則使其具有優異的熱超導性能；熱管的運用範圍相當廣泛，最早期運用於航天領域，現早已普及運用於各式熱交換器、冷卻器、天然地熱引用等，擔任起快速熱傳導的角色，更是現今電子產品散熱裝置中最普遍高效的導熱（非散熱）元件。

這段介紹聽起來是很高大上，然而從熱沉導出的熱量最終需要通過空氣對流把熱帶走的，如果沒有散熱鰭片的支撐，熱管很快就會達到熱平衡，溫度同熱沉一起上升，那就沒有多大的意義了，而在熱管上增加鰭片的話，最終還是用鰭片散熱，而且鰭片和熱管的接觸點反而不如其他的方式接觸的好，另外也會導致成本的提高，散熱效果沒有得到改善。所以在使用熱管時，盡量要考慮其結構合理性，不能盲目使用。

散熱三點，傳導、對流、輻射，其中傳導跟對流我已經交代了，接下來談談輻射，其實這對燈具散熱來說是沒有多大的意義的，然而很多的人都會聽那些廠家說什麼納米輻射材料什麼的，其實這對燈具來說，真的是忽略不計的。為什麼？首先對於燈具來說，溫度大概範圍是50-80°左右，而在這種情況下，就算輻射材料達到黑體輻射的輻射能力，也最多可以起到散熱的百分之幾的比重，而且塗層本身就是妨礙熱導的，從而影響到燈具的散熱。

好了，今天的話題到此結束，下面是我整理的一些常用散熱材料的數據，有補充或者覺得哪些地方不足的，請在留言區上面指出，謝謝各位。（文/CNLED網邀稿作者陳杜炯）

作者的其他文章

想與行業大牛交流技術問題？

加好友時請備註「技術群」

點擊展開全文

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！