【文章內(nèi)容簡介】 器件（如電源Ic）的散熱計算中，只要結(jié)溫小于最大允許結(jié)溫溫度（一般是125℃）就可以了。但在大功率LED散熱設計中，其結(jié)溫TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ對LED的出光率及壽命有較大影響：TJ越高會使LED的出光率越低，壽命越短。因此在大功率LED燈具設計中，最主要的設計工作之一就是散熱設計。 大功率LED散熱問題的解決方法對于現(xiàn)有的LED光效水平而言，由于輸入電能的70％左右轉(zhuǎn)變成為熱量，且LED芯片面積小，因此，芯片散熱是LED封裝必須解決的關(guān)鍵問題。主要包括芯片布置、封裝材料選擇（基板材料、熱界面材料）與工藝、熱沉設計等。大功率LED熱量大小跟恒流驅(qū)動的設計有直接關(guān)系，如果恒流驅(qū)動設計不好，有效功率不高，熱量非常高，什么散熱辦法都沒有用，LED的壽命都不長。目前LED路燈的散熱方式主要有：自然對流散熱、加裝風扇強制散熱、熱管和回路熱管散熱等。加裝風扇強制散熱方式系統(tǒng)復雜、可靠性低，熱管和回路熱管散熱方式成本高。而路燈具有戶外夜間使用、散熱面位于側(cè)上面以及體型受限制較小等有利于空氣自然對流散熱的優(yōu)點，所以LED路燈建議盡可能選擇自然對流散熱方式。 各種因素對于散熱能力的影響熱輻射系數(shù)對LED散熱的影響根據(jù)斯蒂芬玻耳茲曼定律，輻照度j*與溫度T之間的關(guān)系：j*=εσT。其中ε為黑體的輻射系數(shù)；σ=10w／(mk)，稱為斯蒂芬玻耳茲曼常數(shù)。因此可知，溫度越高，輻照度越大。當輸入功率為1 W時，10W，‰；功率達到2 W時，‰。因此改變熱輻射系數(shù)對于提高散熱能力改善成效不大，散熱的關(guān)鍵在于提高另外兩種散熱方式：熱傳遞和熱對流。熱導率對LED的散熱的影響 透鏡封裝材料熱導率只考慮熱傳導與對流，改變不同封裝填充材料如硅樹脂．得出結(jié)果。即使找到一種熱導率高達7 WmK的環(huán)氧樹脂成分封裝材料時， Wm1K1的環(huán)氧樹脂成分封裝材料時，芯片溫度下降不多，℃，最大 W。 WmK時，不同熱沉材料的導熱系數(shù)對于LED最大功率影響。由表看出，熱沉材料對于LED的最大散熱能力的影響很小。 熱沉材料的選擇對于LED最大功率的影響材料熱導率/WmK器件最低溫度/℃芯片溫度/℃最大功率/W銀419銅385金310鋁210鐵76．2綜上所述，熱導率變化對LED最大功率影響微弱。增加散熱面積對LED散熱的影響、最大功率的影響?？梢钥闯觯黾由崦娣e是很好的散熱方式，可以輕易地提高LED器件散熱能力，這是目前LED產(chǎn)品所普遍使用的散熱方式之一。然而缺點也很明顯：影響成本、增加產(chǎn)品重量、影響封裝密度。無限度地提高LED散熱片面積顯然不現(xiàn)實， W左右，出于成本等因素就不能繼續(xù)提高。 散熱面積對于LED最大功率的影響結(jié)構(gòu)散熱面積/m器件最低溫度/℃芯片溫度/℃最大功率/W單個LED（1W）10帶MCPCB(1W)10加散熱片（10W）10對流方式對LED散熱的影響　　常見對流散熱方式有兩種：自然對流和強制對流。固定結(jié)構(gòu)的散熱與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有關(guān)?？绽浞绞綍r。強對流方式在一定速度內(nèi)會大大提高LED產(chǎn)品的散熱能力，有助于提高散熱效果。 綜上所述，無論是增加散熱面積還是增加對流速度都不能無限制地提高散熱能力，其原因在于：當散熱結(jié)構(gòu)、方式固定后，即使LED導熱率有所上升，也無法真正大幅度降低芯片溫度；事實證明增加散熱面積，可以促進散熱。但由于成本限制，且不可能無限制地增加散熱面積，因此，要提升LED產(chǎn)品的散熱能力，關(guān)鍵要在最大努力增加散熱面積時，尋找一種可以快速將上表面熱量帶走的散熱方式。 大功率LED封裝的散熱路徑大功率LED在結(jié)構(gòu)設計上是十分重視散熱的。由K2系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出：在管芯下面有一個尺寸較大的金屬散熱墊，它能使管芯的熱量通過散熱墊傳到外面去。大功率LED是焊在印制板（PCB）上的。 LED與PCB焊接圖散熱墊的底面與PCB的敷銅面焊在一起，以較大的敷銅層作散熱面。為提高散熱效率，采用雙層敷銅層的PCB。這是一種最簡單的散熱結(jié)構(gòu)。 雙層敷銅層散熱結(jié)構(gòu)熱是從溫度高處向溫度低處散熱。大功率LED主要的散熱路徑是：管芯→散熱墊→印制板敷銅層→印制板→環(huán)境空氣。若LED的結(jié)溫為TJ，環(huán)境空氣的溫度為TA,散熱墊底部的溫度為TC（TJ＞TC＞TA）。 散熱路徑圖在熱的傳導過程中，各種材料的導熱性能不同，即有不同的熱阻。若管芯傳導到散熱墊底面的熱阻為RJC（LED的熱阻）、散熱墊傳導到PCB面層敷銅層的熱阻為RCB、PCB傳導到環(huán)境空氣的熱阻為RBA,則從管芯的結(jié)溫TJ傳導到空氣TA的總熱阻RJA與各熱阻關(guān)系為： RJA=RJC+RCB+RBA可以這樣理解：熱阻越小，其導熱性能越好，即散熱性能越好。 大功率LED散熱問題目前的情況目前，很多功率型LED的驅(qū)動電流達到350mA、700mA甚至1A，這將會引起芯片內(nèi)部熱量不能及時發(fā)散，導致發(fā)光波長漂移、出光效率下降、熒光粉加速老化以及使用壽命縮短等一系列問題。業(yè)內(nèi)已經(jīng)對大功率LED的散熱問題做出了很多的努力：通過對芯片外延結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，使用表面粗化技術(shù)等提高芯片內(nèi)外量子效率，減少無輻射復合產(chǎn)生的晶格振蕩，從根本上減少散熱組件負荷；通過優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)、材料，選擇以鋁基為主的金屬芯印刷電路板(MCPCB)，使用陶瓷、復合金屬基板等方法，加快熱量從外延層向散熱基板散發(fā)。多數(shù)廠家還建議在高性能要求場合中使用散熱片，依靠強對流散熱等方法促進大功率LED散熱。盡管如此，單個LED產(chǎn)品目前也僅處于1～10 W級的水平，散熱能力仍亟待提高。相當多的研究將精力集中于尋找高熱導率熱沉與封裝材料，然而當LED功率達到10 W以上時，這種關(guān)注遇到了相當大的阻力。即使施加了風冷強對流方式，犧牲了成本優(yōu)勢，也未能獲得令人滿意的變化。目前LED路燈散熱設計中可能存在的問題有：。，燈具散熱翅片的布置沒有考慮到燈具的使用方式，影響到翅片效果的發(fā)揮。、忽視對流散熱環(huán)節(jié)，盡管眾多的廠家考慮了各種各樣的措施：熱管、回路熱管、加導熱硅脂等，卻沒有認識到熱量最終還是要依靠燈具的外表面積散走 。，如果翅片的溫度分布嚴重不均勻，將會導致其中一部分的翅片（溫度較低的部分）沒有發(fā)揮作用或作用很有限?，F(xiàn)在LED路燈散熱技術(shù)，一般使用多為導熱板方式，是一片5mm厚的銅板，實際上算是均溫板，把熱源均溫掉；也有加裝散熱片來散熱，但是重量太大。重量在路燈系統(tǒng)上十分重要，因為路燈高有8米，若太重危險性就增加，尤其遇到臺風、地震都可能產(chǎn)生意外。也許，未來LED廣泛進入路燈領(lǐng)域后，可能形成模組化散熱會更好地解決LED路燈散熱難的狀況。第四章 LED二次光學設計 二次光學設計敘述 傳統(tǒng)燈具配光設計在道路照明中的缺點傳統(tǒng)的路燈通常采用配光曲線呈廣角度圓周正態(tài)分布，而現(xiàn)在路燈大都采用單側(cè)照明，這樣就會造成過多的光線浪費在路邊不需照明的地方，或者路邊需要照明的地方光線過于充足。依照現(xiàn)在的交通照設計標準，由于常規(guī)光源的光線角度的關(guān)系，產(chǎn)生光源無法照到的黑暗地帶。另外由于透鏡，反光鏡的設計不合理，也常出現(xiàn)光線匯集于一點過亮，而周圍光強分布較小的情況。同時透鏡及反光鏡對光的出射效率形成一定程度的制約。這不僅造成能源的浪費，也給夜間行駛產(chǎn)生安全隱患。 光線浪費在路邊、燈間距不匹配造成明暗相間，強光點目前LED在道路燈具中使用的最普遍形式主要是在燈具內(nèi)，在一個幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED，這種設計方式是不可能得到良好的燈具配光的。同時這種燈具通常為了擴大光線發(fā)射角度，透鏡對光線的吸收使得