散热器LED 用
随着LED技术的不断发展，LED照明产品受到越来越多的关注。
LED照明光源与传统照明光源相比，属于固态冷光灯，具有寿命长、光效高、无辐射、耗电少、抗冲击震动性能好、安全性高等优点，在世界普遍提倡绿色照明的今天，LED作为新兴的绿色照明光源受到了广泛青睐。
但是LED照明产品在使用过程中容易出现过热现象，特别是一些大功率的LED照明产品存在严重的发热问题，LED属于高温敏感元件，如果产生大量的热量，温度过高，会直接影响到照明效果、光色温等，甚至严重影响到LED照明产品的正常使用。
01 高温对LED照明产品性能的影响
散热是LED照明产品必须具备的重要性能，实际生活中LED照明产品经常在不同环境下使用，对LED照明产品的效率也有很大的影响。为了增强LED照明产品的散热能力，需要研究高温对LED照明产品性能的影响。
1.1 高温导致LED永久性损坏
考虑到LED的工作特性，如果工作温度高于LED能够承受的最高温度，LED的发光效率会迅速下降，形成强烈的光衰，导致LED的损坏。LED多采用透明的聚砜/环氧树脂封装，如果热解温度高于固体成分的转变温度（一般为15℃），封装材料会转变为胶体状态，热膨胀系数会急剧上升，造成LED断路、损坏。
1.2 温度过高会缩短LED寿命
不同品牌的LED光衰特性不同，LED厂商一般都会提供标准的光衰曲线，作为选择LED产品的依据。LED的寿命与其光衰息息相关，使用时间越长，LED的照度就会越低，直至最终熄灭。一般LED的寿命定义为LED光通量衰减30%的时间。高温会导致LED光衰，缩短LED的寿命。
（1）LED芯片中存在的缺陷在高环境温度下会迅速扩展直至侵入发光区，产生大量的非辐射复合中心，大大影响LED的发光效率。在高热环境下，材料中的微缺陷及来自界面、板面的快速扩散杂质也会被引入发光区，形成大量的深能级，从而加速LED器件的光衰。
（2）当温度较高时，透明导电环氧树脂材料会发生变性、变黄，严重损害其透光性能。
（3）荧光粉的光衰也是影响LED光衰的一大因素，而且荧光粉在高温下的衰减非常强烈。
1.3 温度过高会影响LED的发光效果
LED组成材料的一些参数会随着环境温度的变化而变化，从而引起LED器件参数的变化，直接影响LED的光输出。一般来说，光通量随温度升高而减小的过程是可逆的，当环境温度恢复到初始温度时，光通量会有恢复性的增加。这是因为当温度恢复到初始状态时，LED元件的内部参数不再发生变化，LED的光输出就能恢复到初始状态值。LED的光通量分为冷流明和热流明，分别表示LED在室温和环境温度下的光输出。
高温影响LED发光效果的具体原因有以下几点：
（1）随着环境温度的升高，LED照明产品中电子和空穴的浓度会增加，但由于禁带宽度的减小，电子迁移率会下降。
（2）随着环境温度的升高，势阱中电子的复合和空穴中辐射的概率将大大降低，形成非辐射复合，从而降低LED的内量子效率。
（3）环境温度的升高会使LED的蓝光峰值向长波方向偏移，造成LED的发射波长与荧光粉的激发波长不匹配，导致LED对外界光的提取效率下降。
（4）随着环境温度的升高，荧光粉的量子效率下降，光输出减少。
（5）硅胶的性能受温度影响很大，随着工作温度的升高，硅胶内部热应力增大，硅胶的折射率下降，直接影响LED的光效。
(铝削鳍片散热器)
02 LED照明产品的散热问题
LED照明产品普遍存在散热问题，相比之下，白炽灯、荧光灯虽然功率损耗较大，但这些灯可以直接接受紫外光照射，光源的发热量很小。LED照明产品所消耗的能量中，除了转化成可见光源的部分外，其他能量都转化成了热量。
此外，LED封装体积较小，难以通过对流和辐射的方式散热，从而积累大量热量。
2.1 热膨胀引起零件弯曲、开裂
LED照明产品由很多零部件组成，而各类零部件的材质各有不同，热胀冷缩的程度也不同，在热膨胀过程中，零部件材料就会发生弯曲、开裂，导致产品散热不良，严重降低LED产品的使用效率。
2.2 电子电路运行障碍
如果导体元器件工作温度升高，会导致电源阻抗下降，容易进入“温度上升—阻抗降低—电压上升—热增强—温度上升”的恶性循环，甚至烧坏。
2.3 高温导致材料品质劣化
一般来说，LED照明产品所采用的金属材料都很容易被氧化，而且温度越高，氧化速度越快，高温氧化会缩短LED照明产品的寿命。
03 LED照明产品散热性能的影响因素
3.1风向对LED照明产品散热性能的影响
研究人员针对风向对LED照明产品散热的影响进行了实验。一般来说，在现实的模拟环境中，风向有水平向右、垂直向上和垂直向下三种，最大风速不会超过1.50m/s。实验过程中需要保证不同组使用的LED照明产品完全相同，除了风向不同外，其他变量都要保持不变。实验过程中要注意测量LED照明产品的温度，计算不同风力下LED照明产品的散热率。通过实验发现，在LED照明产品散热过程中，受垂直风的影响较大，这主要是因为垂直向下的风向与自然空气对流方向相反，会改变LED照明产品的最高温度。
3.2风速对LED照明产品散热性能的影响
为了了解风速对LED照明产品散热性能的影响，研究人员还进行了实验。实验中需要保证外界环境一致，然后逐渐增加风速。当风向垂直向下、风速较小时，LED照明产品的最高温度较高；随着风速的增大，LED照明产品的温度会逐渐下降。
04 LED照明产品散热优化对策
LED照明产品散热结构设计时，结构层数越少，层厚越薄，层体积越大，材料导热系数越大，散热效果越好。另外灯具外形需选择矩形块状或环形。LED照明产品散热设计必须遵循被动散热为主、主动散热为辅的设计原则，尽量减少或取消主动散热方式。
4.1 合理选择散热器
LED在封装时，没有直接连接散热器或者电风扇，而LED的电源电路板会产生很大的热量，这使得LED照明产品的冷却散热成为一个很棘手的问题。对此，需要合理选用散热器。散热器可以扩大LED照明产品表面与室内空气的相互接触面积，从而提高LED照明产品的冷却散热效率。
4.1.1 翅片的选择
通常，散热片的外表面被加工成翅片。翅片的种类很多，翅片的数量、位置、规格、倾斜角度和厚度都要根据需要精心选择。翅片除了普通的直线形外，还有波浪形、螺旋形、长方形和截锥形等。每种形状的制造目的都是为了便于室内空气对流、雨水冲刷等，以获得最佳的散热效果。
厂商主要采用烧结和沟槽式生产方式来生产散热器，相同规格的烧结式热管与沟槽式热管性能相同。其中，烧结式热管时会使用大量铜粉作为填充物，导致热管毛细管径较小，穿透功率较小，而烧结式热管的宽度增加时，热管的导热效果会减弱。因此，需要选择合适的鳍片和热管进行使用。例如作为非常典型的LED照明装置，在LED路灯的使用中会采用热管加鳍片、均热板热管加鳍片等散热方式，来提高路灯的散热效率。
4.1.2 材料选择
在散热器的材料中，铜的导热性能优于铝，但铜的散热速度比铝慢，因此，可采用结合铜、铝优点的新型铜铝复合散热器。在铜铝复合散热器中，铜可以快速将LED产生的高热量带到铝上，再通过铝合金鳍片将高热量散发出去，从而提高散热效率。
4.1.3 散热管的选择
散热管是散热器的重要组成部分，当散热器加热端刚受热时，靠近管壁的水会瞬间汽化，形成大量的水蒸气，使得该部分的压力增大，水蒸气在水压的推动下向冷却端移动，当蒸气流到冷却端时凝结成液态，释放出大量的热能，再通过毛细力到达蒸发加热端，完成一个循环。
对于一些能耗较大，对散热片要求较高的LED照明产品，可以选择金属热管作为散热管。LED照明产品在工作时会产生大量的热量，而热量在LED照明产品内部传导时，会通过散热片直接传导给金属热管。由于金属热管是发热体，在传热过程中没有热量的损失。热管的冷凝段内部会产生热能，热能可以输送到热管内部，通过热传导作用逐渐传导给金属材料散热片，通过散热片与周围冷却空气的自然热传播过程，将热能从金属材料散热片中散发出去。
4.2 散热器的合理设计
在实际的散热器设计中，一般采用外置散热器与灯壳的组合和内置散热器与温控风扇的组合。LED器件产生的热量通过密封的引线转移到集成电路板上，再通过散热器散热；电源电路板产生的热能则通过集成电路板周围的空气和填充材料，直接通过散热器散到外部。为了消除传热路径中影响传热效率的因素，可以在传热路径中采用导热性能更好的材料，增大路径的截面积，或涂抹导热润滑剂，使产品接缝处不留缝隙。如果散热片不能将热量散发到外部，LED器件内部就会积聚大量的热量。对此，需要采取措施，优化散热片的表面结构。典型的做法是在表面安装更多的鳍片，以增加散热器的散热面积。
4.3 根据实际情况选择包装工艺
LED内部产生的热量可以通过粘接层传导到金属电路板，再通过粘接层从电路板传导到散热器，进而辐射到周围环境中。封装工艺、粘接材料、基板材料是LED散热设计的重点。LED产生的热能需要通过连接层传导到Si基板，再通过Si基板和粘接材料传导到金属支撑基座。该结构需要具有良好的电气和热性能。
4.4 选择合适的粘接材料
为了提高LED照明产品的散热能力，需要选择合适的粘接材料，做好LED照明产品的基础设计。一般来说，LED照明产品都会用到粘接材料，而粘接材料会受到外界温度、湿度的影响。随着科技的不断发展，人们对粘接材料也进行了改进。在设计LED照明产品时，可以根据照明产品的实际情况选择合适的粘接材料，提高粘接材料的导热性和导电性，简化其内部结构，提高LED照明产品的散热能力。
05 结论
随着科技的发展，要解决LED照明产品的散热问题，需要根据实际情况选择合适的金属热管等构造材料。用户在使用LED照明产品时，不仅要关注产品的散热性能，还要注意环境因素对LED照明产品散热的影响。
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