淺談led燈具的散熱設計

1、淺談LED燈具的散熱設計一、前言LED又稱發光二極管(LightEmittingDiode)，屬于半導體組件，自1962年美國通用電氣公司開發出全球第一種可實際應用的紅光LED開始，至今LED已邁入全彩時代。LED的發光原理簡單來說是由含電洞之P型半導體與含電子之N型半導體結合成之PN二極管，在PN二極管兩端加上順向偏壓，當電流通過時，電子與電洞流至接合面接合時會放出能量而發光(簡易圖說如下)。圖1.LED發光原理LED本身是單色光源，

2、如今隨著光效提升及藍光LED的出現，它的應用也逐漸偏向多元化，從早先的低功率電源指示燈演進成LED背光模塊和LED照明…等高功率應用。LED被譽為21世紀的照明新光源，它具有效率高、壽命長、省能源、不易破損、環保無汞…等傳統光源無法與之比較的優點，在節能減碳及環保意識方興未艾之際，加上各國政府陸續宣示的能源政策(例如：美國2007年頒布的「能源獨立和安全法案」提出白熾燈禁用時程、日本2010年修訂的「能源基本計劃」提出減碳目標)，使得占

3、生活用電大量比重的「照明」成為鼓勵汰換的項目之一。能源趨勢、政府法令與LED發光特性三者相乘作用之下，促使LED照明產業的蓬勃發展，也吸引了國內外廠商對于LED上、中、下游產業的投入。LED如同所有電子零件一般，在使用或運作的過程中都會產生熱能及溫升現象，如果忽視散熱問題，將導致LED因高溫而提早燒毀的結果。LED燈具的設計較傳統燈具復雜，包含光學、機構、電子及散熱，其中「散熱」尤其重要，因為目前高功率LED燈具的轉換率僅有20%會轉換

4、成光，其余80%會轉換為熱，如果不能將熱量導出燈具之外，將無法達到LED光源宣稱的50000小時壽命，同時熱量會影響LED的發光效率，導致嚴重光衰及燈具毀損的慘況。二、LED燈具的散熱設計LED的發光效率及壽命與工作溫度息息相關，呈現反比關系，下圖為美國CREE所發布的LED壽命報告，溫度每下降10℃壽命將延長2倍且光通量提升3%~8%。淺談LED燈具的散熱設計圖3.炮彈型和平板式LED芯片目前常見的LED芯片基板為陶瓷基板，其散熱性佳

5、，低膨脹系數等特性，減低因熱應力而產生的變型，其次還具有耐熱、耐潮、絕緣等優點，故陶瓷基板成為高功率照明用LED芯片基板的常用散熱材料。陶瓷基板目前分為3大類：(1)氧化鋁(Al2O3)、(2)低溫共燒陶瓷(LTCC)、(3)氮化鋁(AlN)，其中以AlN之導熱性最佳，但技術門坎最高，故AlN多用于3W以上之LED產品，而Al2O3則用于1W~3W的范圍，LTCC則適用于大尺寸大功率、小尺寸小功率之LED產品。以CreeXLampLED