創建節約型社會已成為人們的共識，但是目前道路照明中仍然大量使用的高壓鈉燈燈具的綜合效率並不高，隻有70%左右，且顯色指數偏低，夜間照明感覺昏暗，不利於汽車駕駛人員和行人對目標和障礙物的分辨，對道路交通安全存在一定的影響。

　　

目前，大功率白光LED在發光效率(>80lmPW)
、使用壽命(>50000h)
、光輸出特性、顯色性能(75～80)、色溫的選擇

、可調控性以及綠色無汙染等方麵具有獨特的優勢，能夠按照城市道路照明設計標準的要求

，方便靈活地設計出合乎光輸出要求的
、令人滿意的路燈

，成為具有極強競爭力的新型優質光源。在決定LEDludengyingyongdejigeguanjianjishuzhong，sanreshejishifeichangzhongyaodeyihuan
，yeshizhiyueqinengfouhuodeguangfanshiyongdejishupingjingzhiyi。yejiushishuo，sanreshejidehaohuaijiangzhijiejuedingLED路燈的性能指標優劣以及實際的推廣應用能否獲得成功。

　　

　　

大功率LED是構成LED路燈的基本發光源，目前的芯片電P光轉換效率很低
，隻有15%~20%
，芯片的物理尺寸為1～6125mm2，麵積很小，功率密度及發熱量很大
，所消耗電能中的80%~85%將jiang轉zhuan換huan為wei熱re能neng而er需xu要yao被bei散san發fa掉diao
，並bing且qie芯xin片pian的de溫wen度du超chao過guo一yi定ding值zhi時shi
，發fa光guang波bo長chang變bian長chang
，顏yan色se發fa生sheng紅hong移yi

，將jiang導dao致zhi芯xin片pian出chu光guang效xiao率lv下xia降jiang和he使shi用yong壽shou命ming減jian少shao等deng諸zhu多duo問wen。因yin此ci要yao保bao證zheng大da功gong率lvLED能夠正常有效地使用，散熱是首先需要解決的關鍵問題。

　　

　　

大功率LED芯片工作時的結溫高低與光通量
、壽命的關係極為密切。為了將高達80%~85%的熱量散發掉

，LED在封裝時就采用了科學的熱流程設計和卓有成效的封裝工藝。通過應用高導熱的材料(內部熱沉)來保證由芯片產生的高熱能夠順利地導出，使得封裝成型後的LED具有良好的導熱和熱散出性能。

　　

　　

基於大功率LED的工作特性，其結溫的高低與光通量的大小

、使用壽命的長短有直接的利害關係。

　　

圖1給出了某國際品牌LED芯片的結溫與光通量(圖1(a))以及使用壽命(圖1(b))的關係。

由圖1可見
，隨著LED芯(xin)片(pian)的(de)結(jie)溫(wen)升(sheng)高(gao)，其(qi)輸(shu)出(chu)的(de)光(guang)通(tong)量(liang)在(zai)有(you)規(gui)律(lv)地(di)下(xia)降(jiang)
，使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)也(ye)呈(cheng)現(xian)出(chu)快(kuai)速(su)下(xia)降(jiang)的(de)趨(qu)勢(shi)。因(yin)此(ci)設(she)法(fa)將(jiang)芯(xin)片(pian)的(de)溫(wen)度(du)維(wei)持(chi)在(zai)允(yun)許(xu)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)，是(shi)LED應用首先要解決的關鍵性技術問題。

　　

LED封裝的一次散熱設計是由LED生產階段的工藝來確定的。圖2給出了LEDfengzhuangsanreshejideyibanliuchengshiyi
，zhuyaoshiyouxinpianneibudereshejihefengzhuangdereshejigoucheng。zheyangyilai，tongguokexuehelideshejijiunenggoudedaolingrenmanyideLED導熱和散熱效果。
 

圖3給出了典型的LED封裝結構。由圖3可見
，封裝透鏡材料幾乎是不導熱的，其作用是將芯片的光輸出進行分配和取出，芯片的熱量主要由內部熱沉導出後再通過外部散熱器進行散熱
，因此LED封裝的一次散熱設計就是針對其使用的要求和條件，通過內部熱沉的科學設計將芯片產生的高熱有效地導出並傳導給散熱器。
 

　　

對於已經商品化的大功率LED
，由you其qi芯xin片pian封feng裝zhuang所suo構gou建jian的de一yi次ci散san熱re設she計ji已yi經jing固gu定ding
，使shi用yong時shi無wu法fa更geng改gai，因yin此ci作zuo為wei發fa光guang光guang源yuan在zai路lu燈deng中zhong使shi用yong時shi
，就jiu需xu要yao根gen據ju現xian場chang的de實shi際ji工gong況kuang及ji工gong作zuo條tiao件jian等deng進jin行xing二er次ci散san熱re方fang案an的de設she計ji。

　　

　　

LED二次散熱設計流程見圖4所示。主要表述為：計算熱阻和結溫
，看能否滿足LED的散熱要求，如果能夠滿足散熱要求就直接輸出結果，如果不能滿足LED的散熱要求就要進行散熱器設計，然後再看設計能否滿足LED的散熱要求，能就需要進行下一步的優化設計，不能的話就需要重新進行散熱器設計，直到能夠滿足要求為止。

LED二次散熱設計的熱阻網絡示意圖見圖5所示。圖中虛線框內的為LED的一次封裝散熱，主要由LED芯片PD產生的熱量
，通過內熱阻Rj-c向外傳遞，由外殼和封裝透鏡向外擴散，熱阻為RTP。其熱傳導過程表述如下：

　　

LED的內部熱沉通過粘結層將熱量傳遞給金屬線路板，內部熱沉與金屬線路板間的熱阻為Rc-b，再由線路板通過粘結層傳遞給散熱器，熱阻為Rb-s
，散熱器將熱量通過熱阻Rs-a向空氣中散發。

　　

(Tc——內部熱沉的溫度；Ts——散熱器最高點溫度；Ta——環境溫度)。

　　

通過分析LED二次散熱的方案和機理，可以看出影響LED散熱的主要因素有：

　　

(1)散熱基板作用是與LED的內部熱沉相連接，將熱量導出和散發掉，常見的有：

　　

金屬PCB線路板——為了解決單元LED之間的電路聯結與散熱通道相互獨立的問題而采用的技術手段。存在的問題是膨脹係數大、比重大
、重量重等。

　　

常見的有將陶瓷與金屬結合形成的金屬低溫燒結陶瓷基板等。

　　

金屬基複合材料板——金屬基複合材料板為金屬PCB線路板的改進型。將金屬材料的高導熱性與增強材料的低膨脹性相結合，具有膨脹係數可調、比重小
、導熱率高的特點。

　　

(2)均溫板

　　

將LED單元之間高熱點的熱量進行導出和擴散，使其在散熱麵上獲得均勻的溫度分布，提高散熱效果
，有利於散熱器的總體散熱。

　　

(3)粘結層常用於LED芯片與熱沉的粘結材料有3種：

　　

導熱膠——硬化溫度低於150℃
，熱導率小，導熱效果差。

　　

導電銀漿——硬化溫度低於200℃，具有良好的導熱性和較好的粘接強度。

　　

錫漿——與上述兩種粘接劑相比，錫漿應該優先選用，因為其導熱性為最優，導電性能也很優越。

　　

(4)散熱裝置散熱裝置的設計方案及形式較多
，歸納起來主要分為兩大類：

　　

被動式散熱——特點是散熱時不需要消耗額外的能源(電能)
，但總體的散熱能力有限
，適用於中、小功率的LED路燈散熱。

　　

主動式散熱——特點是散熱時需要消耗額外的電能，但散熱的效果好
，適用於較大功率LED路燈的散熱。

 

(5)改進的散熱設計為了盡量減小LED的總體熱阻，即減少熱阻的數量，文獻中提出了一些改進方式
，歸納起來主要有以下兩種：

　　

薄膜集成封裝——取消金屬PCB板

，在金屬散熱器上直接生成絕緣膜和電極膜，由此所得到的散熱效果遠遠優於常規的金屬PCB板，能夠進一步減小LED的總體熱阻。

　　

散熱器上芯片直接封裝—取消常規的LED內部熱沉，而將芯片直接封裝在預先設計好的具有特殊結構的金屬散熱麵上，再進行整體封裝。這樣一來也能夠進一步減少熱阻。

　　

　　

LED的被動散熱主要適用於中
、小功率的LED來散熱。由於不需要額外消耗電能，故應用時總體的效率不受影響。

　　

(1)自然散熱

　　

自(zi)然(ran)散(san)熱(re)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)是(shi)在(zai)基(ji)板(ban)的(de)外(wai)側(ce)加(jia)上(shang)散(san)熱(re)器(qi)
，通(tong)過(guo)熱(re)傳(chuan)導(dao)將(jiang)芯(xin)片(pian)高(gao)熱(re)量(liang)導(dao)出(chu)
，然(ran)後(hou)再(zai)通(tong)過(guo)熱(re)對(dui)流(liu)與(yu)空(kong)氣(qi)進(jin)行(xing)交(jiao)換(huan)
，將(jiang)散(san)熱(re)器(qi)上(shang)熱(re)量(liang)散(san)發(fa)掉(diao)。

　　

熱傳導的基本公式：

 

式中

，Q為熱量，也就是熱傳導的熱量；K為材料的熱傳導係數，熱傳導係數越高，其比熱的數值也就越低；A為傳熱的麵積(或是兩物體的接觸麵積)；ΔT為兩端的溫度差；ΔL為兩端的距離。因此，從公式就可以發現
，熱量傳遞的大小同熱傳導係數
、熱傳熱麵積
、兩liang端duan的de溫wen度du差cha成cheng正zheng比bi，同tong距ju離li成cheng反fan比bi。也ye就jiu是shi散san熱re器qi的de材cai料liao要yao具ju有you高gao的de導dao熱re率lv，且qie自zi身shen的de溫wen升sheng要yao低di
，比bi熱re要yao大da，一yi般ban采cai用yong具ju有you高gao導dao熱re性xing且qie熱re容rong量liang大da的de材cai料liao(銅、鋁)製成(參見表1)。

式中，Q為熱量，也就是熱對流所帶走的熱量
；H為熱對流係數值；A為熱對流的有效接觸麵積；ΔT為固體表麵與區域流體之間的溫度差。因此熱對流傳遞中，熱量傳遞的大小同熱對流係數、有(you)效(xiao)接(jie)觸(chu)麵(mian)積(ji)和(he)溫(wen)度(du)差(cha)成(cheng)正(zheng)比(bi)關(guan)係(xi)。為(wei)了(le)增(zeng)加(jia)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)

，即(ji)增(zeng)加(jia)其(qi)表(biao)麵(mian)與(yu)空(kong)氣(qi)的(de)接(jie)觸(chu)麵(mian)積(ji)
，散(san)熱(re)器(qi)的(de)外(wai)表(biao)麵(mian)可(ke)被(bei)製(zhi)成(cheng)鰭(qi)片(pian)狀(zhuang)。鰭(qi)片(pian)的(de)形(xing)狀(zhuang)也(ye)有(you)多(duo)種(zhong)多(duo)樣(yang)，並(bing)且(qie)鰭(qi)片(pian)的(de)數(shu)量(liang)、位置、尺寸大小、傾斜角度及厚薄等都需要進行認真研究
，除了常見的直線形外，還有波浪形、螺旋形、圓柱形和錐台形等
，不一而足，目的是為了便於空氣對流
、雨(yu)水(shui)衝(chong)刷(shua)，以(yi)獲(huo)得(de)最(zui)佳(jia)的(de)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)。在(zai)使(shi)用(yong)的(de)材(cai)料(liao)上(shang)，銅(tong)的(de)導(dao)熱(re)性(xing)能(neng)比(bi)起(qi)鋁(lv)要(yao)快(kuai)得(de)多(duo)，但(dan)銅(tong)的(de)散(san)熱(re)沒(mei)有(you)鋁(lv)快(kuai)，由(you)此(ci)便(bian)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)銅(tong)鋁(lv)複(fu)合(he)型(xing)散(san)熱(re)器(qi)—將銅鋁各自的優點結合起來
，銅可以快速地把LED芯片的高熱量傳給鋁
，再由大麵積的鋁鰭片把熱量散去，從而達到更加良好的散熱效果。