大功率LED球灯具结构散热性能研究

大功率LED球灯具结构散热性能研究

胡丰刚

广东联塑科技实业有限公司广东佛山528300

摘要：大功率LED是指拥有较大的额定功率的发光二级管，由于功率较大，使用时节能环保，使用的年限比较长等优点而被人们广泛的应用在生活中。故而，由于能够提高我们日常生活的便利性保证能源的减少消耗，大功率LED灯被应用的十分广泛。但在日常生活中，大功率LED的使用寿命总会受到其散热功效的影响。为提高其使用率以及使用年限，对大功率LED灯的散热性能的科学研究就显得十分重要。

关键词：大功率LED球灯具；散热性能；研究

前言

由于大功率LED灯具有节能环保、使用安全、使用年限较长等优点而被人们广泛接受。但是由于我国LED照明技术到达了瓶颈期，大功率LED的散热问题仍没有彻底的从根本上提出解决方案。由于现代“节能环保”的发展理念的盛行以及技术层次的提升上的困难，我国大功率LED照明的散热性能的改进的难度也增加了许多。

1.对大功率LED球灯具散热阻碍的因素

1.1影响热传导和热对流的因素

由于物体中的分子受到温度的改变而导致的剧烈分子热运动便形成了热传导现象。由于热传导现象的研究相对成熟，所以市场上绝大部分的大功率LED照明灯主要选用的是热传导和热对流的方式。如果大功率LED照明灯的热传导性能较差，则容易发生散热时间较长、散热过程较慢等不利于大功率LED灯使用寿命的延长的现象。甚至还会因为大功率LED灯的散热不良而导致LED灯炸裂等严重影响居民正常生活乃至财产生命安全的事情发生。故而，为了避免相关事件的发生以及促进我国大功率LED灯照明技术的发展，掌握良好材料的性能就显得至关重要。

1.2灯具表层喷涂物料对灯具散热情形的影响

由于不同的材料本身的导热系数以及在灯管上对于材料的喷涂的厚度的不同，大功率LED灯的散热也会有细小的差别。有些大功率LED生产厂家为了追求潮流、迎合大众对家具审美的要求，会对大功率LED的表面进行粉饰。比如影响大功率LED灯的散热性能，但却仍然光受欢迎地在照明灯表面进行色彩的喷涂，对照明灯的外形空间结构的设计改变，乃至出现对于国家制定的安全指标熟视无睹的行为现象。这些没有经过相对专业技术人员的认可而生产出来的大功率LED灯的散热会受到阻碍，这就势必会对大功率LED灯的使用寿命产生影响。

1.3大功率LED灯在散热结构上存在的问题

大功率LED照明的热管理主要包含3个层面：芯片级、封装级和系统集成散热级。其中，芯片是主要的发热部件。若是工厂降低了所用的照明灯具中芯片配置的等级，则会影响到了大功率LED灯的散热过程。还有些工厂因为生产技术的不成熟，但又急于生产，还没有搞清楚大功率LED灯的具体散热结构以及良好的散热组装系数，就急于生产，亦或是照着其他生产厂家的系数生产大功率LED灯，这类盲目的生产而不去考虑其实在的结构参数及在应用过程中所出现的问题，必然会导致自己生产出来的大功率LED灯“水土不服”无法像其他生产厂家一样适应市场、并有一个立足之地。所以，想要生产出一个散热性能较好、使用年限较长、节能又环保的大功率LED灯，生产厂家就应该对大功率LED灯的散热结构有一个良好的处理。

2.针对大功率LED灯散热的影响因素所提出的侧重方案

2.1优化大功率LED灯的热传导效能

良好的散热材料对于大功率LED照明灯的散热性能的好坏起到了至关重要的作用。比如对于铝板的使用以及新型材料的研发利用。温差、导热系数https：//baike.baidu.com/item/%E5%AF%BC%E7%83%AD%E7%B3%BB%E6%95%B0和导热物体的厚度以及材料的横截面积这些外界因素都可以对热传导的效率产生影响。热传导物之间的距离也会对于散热性能产生影响，比如热传导物之间的贴合要足够紧密，嵌合件之件的接触面空隙要尽可能小而少，这样大功率LED灯的散热性能会相对有所提高。比如，如果减小材料的厚度，并且能够将其控制在一定的合理范围内，以达到增加大功率LED灯的散热性能。再者说，在确保大功率LED灯使用性能不发生转变的理论下，在最大技术可能上对灯管的横截面积做改动，以求散热效果达到最大化，一般为了增加散热器的换热覆盖面积，市场上主要采用鳍片结构。一般来说的合理换热面积为照明主体面积的50%-60%，“鳍片式”散热体则可以根据鳍片效率和鳍片间距来确定有效换热性能，相关技术人员可以对此进行多次分组重复实验，以便寻找出最合适的结构距离。

2.2对大功率LED灯具表层喷涂的工艺的改良

生产出适应市场的大功率LED灯具不仅仅要注重大功率LED照明灯的设计结构，还要对其表面的导热材料进行有侧重性的研究。大功率LED照明灯具散热不但要有合理的散热结构设计，而且要针对不同功率、不同结构、不同灯具来选择合适的导热界面材料。目前人们对于地球上已经有确切存在形式的化合物进行了深切的研究，如果能够在技术条件允许的情况下，相关材料专业技术人员结合各个材料的不同优点，新研发出一种能够保证生产的量化以及经济效益的同时，还能够改善大功率LED灯具的散热可靠性的新型材料，便也能够在根本上提高大功率LED灯的散热性能。但就目前的科技水平上来讲，相关人员因该在不同的环境条件下，对多种不同的喷涂材料进行研究，做重复的分组实验，既要保证喷涂的厚薄程度、均匀程度，又要在一定程度上保证生产厂家的经济输出。尽量做到“花最少的钱，得到最高效的研究成果”的程度。相关技术人员也不能仅仅注重市场需求的审美而忽略了大功率LED灯散热所需的空间的结构，如果想要通过使用高性能导热硅胶片等导热材料来弥补散热结构上的缺陷，那这样不仅会使大功率LED灯具的生产成本大幅提高，给生产厂家造成过大的成本压力，还会对大功率LED灯具在整个市场的竞争力产生不可估量的影响，最后远离了商场的本质。

2.3对大功率LED灯具散热结构上的优化

不同厂家对本厂生产的大功率LED灯的散热结构上有着略微不同的差异。但总体上来讲，基本都是由芯片级、封装级和系统集成散热级所组成的。其中芯片级是最主要的发热部位，要想能够在相对较大的程度上增加大功率LED灯的散热性能，相关的技术人员就应该从芯片级入手。而芯片级的量子效率能够决定大功率LED灯的发热效率，衬底材料又能决定芯片向外传热效率。因而，相关技术人员可以从芯片的量子效率以及衬底材料上入手，找寻合适的材料。而对于封装来说，封装的结构、材料以及封装的工艺则会直接影响散热的效率，为此，提高大功率LED灯具生产作业时的操作工艺对于散热性能的增加也起到良好的作用。而系统集成散热级也就是所谓的外部散热器，其主要包括散热片、热管、风扇、均温板等材料结构。从大功率LED灯具上所需要的组装材料上来讲，要想从整体上提高大功率LED灯具的散热性能，还是需要从各个零部件的最基础上抓起。

3.结语

大功率LED灯具的散热性能的提高不仅能够提高人民的生活质量水平，还能够将我国的LED技术提高一个层次。只有广泛的了解大功率LED灯具散热方面的相关知识结构，才能够在对于大功率LED灯具散热性能发面的改进有所发挥。相关企业在对大功率LED灯的改进过程中还应该意识到“为人民服务”“顺应时代发展的大潮流”等思想，以便制造出更适合当今消费市场的产品。

参考文献：

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[2]原柳林.刘胜.陈明祥.等.基于微通道制冷的大功率LED阵列封装热分析[J].半导体光电.2006.27（6）：712-716