LED照明灯具的散热片设计

　　解决散热问题的方法主要有两种：(1)改善灯具内部LED 芯片的质量，在同样的工作电流下提高芯片发光的内量子效率，从而提高芯片的发光效率;(2)改进灯具外部的散热设计，配置合理的散热装置，以加快散热过程。本文主要从第二点出发，对LED照明灯具的散热进行分析。

　　1 大功率LED

　　图1 显示出SMT LED 封装中的基本内部结构。

　　这里是一个TOP LED，它也是一个在印刷威廉希尔官方网站 板上安装实现散热的方法。LED 由焊接或压焊粘合的引线架上安装的芯片组成。引线由高导电材料铜组成。

　　从引线架到引线端通过热传导形成从PN 结处的主要热流通路径。另一部分的传输路径是从芯片的表面到封装表面。热从引线端同时通过热传导以及经威廉希尔官方网站 板的表面对流和辐射通过热提取实现扩散。从PCB 板到空气的热传输效率对于芯片和空气之间的温度差有显着的影响。

　　2 照明所用LED散热基板特点分析

　　LED芯片有源区面积小、工作电流大，造成LED芯片的工作温度很短时间内就会升高。LED 的PN结结温上升导致LED输出光功率减小，加速芯片老化，器件寿命缩短。随结温的上升LED 的波长还将发生“红移”(橙红色和琥珀色的LED 色漂移的视觉效应更显着)。所以考虑到实际应用中对色漂移的不良影响，热设计也要对最高结温进行限制。

　　在大功率LED 散热通道中，散热基板是连接内外散热通路的关键环节，它至少有以下功能：(1)LED 芯片的散热通道;(2)LED 芯片的电气连接基板;(3)LED芯片的物理支撑。照明所用大功率LED的基板材料必须有高电绝缘性能、高稳定性、高热导率，与芯片相近的热膨胀系数以及平整性和较高的强度。

　　传统散热片材料为铝合金或铜材料，铝的热传导性可达209 W /m ·K，加工特性很好、成本低，因此应用非常广泛。铜的热传导率390 W /m ·K，比铝增加70%，但缺点是比铝重三倍左右，而且很难加工。

　　3 LED照明灯具所用散热片的设计

　　散热片的种类很多，由制造方式来看，气冷的散热片可分为压印散热片、挤型散热片、铸造散热片、接着散热片、折迭散热片、改良式的铸造散热片、锻造散热片、切削散热片、机械加工散热片等。

　　散热片的大小与厚度，直接影响了有效散热面积与排热的能力。良好的散热片应该大于接触面，同时还要有尽量多的散热面积才行。散(导)热垫片也是一种极佳的导热材料，它与散热片的结合，可以改善散热效果。

　　散热片表面做耐酸铝或阳极处理可以增加热辐射性能，从而增加散热片的散热效能。一般而言，外部颜色是白色或黑色关系不大。表面突起的处理可增加散热面积，但是在自然对流的场合，反而可能阻碍空气流动而降低效率。

　　上述设计方式仅供参考，实际散热片设计时还需考虑与器件以及环境的配合，尤其是高效能散热片的设计需配合实验验证以及计算机分析模拟。目前散热片的设计已渐渐趋向极限，空气冷却的方式无法满足大功率LED 的散热需求，散热片设计应结合LED 的功率数这个特点，使得散热的设计更为弹性及多样化。不论如何，散热片仍然是LED 灯具最常见的散热方式，善用散热片设计可改善LED 发热状况。

　　4 LED在散热片表面分布的散热分析

　　为分析LED 芯片在散热片上热分布情况，我们通过在一块散热片上放置LED 的相对位置不同，来分析对散热的影响。实验材料为一块大小为200mm× 60mm× 15mm的散热片，两块导热垫片导热系数是6.0W/m·K，面积是20mm×30mm。配有两块焊有LED芯片的单个铝基PCB板(大小是15cm× 20cm，每块PCB板焊有一颗LED芯片)。测试仪器为FLUKE温度传感器，实验时环境温度为26℃，环境相对湿度为52 %。

　　在给定面积的散热片上LED芯片与LED芯片的位置尽量远一些，也就是说在设计PCB 板时，LED芯片的位置应尽量分散，不要集中在一起。如果在灯具大小允许的情况下，PCB 板的面积也应尽量大一些，因为一般散热片的面积和PCB 板的面积大小差不多，这样有助于散热。但也不能过大，因为从上面分析中可以看出，面积大到一定程度时散热效果就基本不变了。