LED灯具散热设计问题分析

前言：IT科技的终端产品：PC/NB等相对于LED的终端产品：背光/灯具中，许多散热模块或是散热模式的设计，虽都有基础的共通原理，不过仔细分析，灯具为最难设计并可独立为一类特殊化的产品，因使用环境与IT或背光应用差异甚大，需注意的设计要素复杂多元。

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LED模块在散热设计上与IT类产品的散热设计上的差异，最主要在于使用环境不同，特别是LED终端产品为灯具时，差异性更大。传统电子产品多数使用于室内空间，就算是可携式装置亦同，其操作环境的温度变化、沙尘量、湿度与周围气流的变化，皆不及户外或一般室内灯具使用环境的严苛程度。

例如LED灯具必须要能够在户外环境，达到克服波长飘移、光衰变化、沙尘侵袭、水气虹吸现象，以及符合工安与法规的诉求。150W的LED灯具若使用传统自然散热方式，藉由灯具表面面积接触空气散热，每瓦热阻值达0.5~1.16℃/W，温度将升达60~139℃/W，再加上室外可能40℃环境温度，很容易故障烧毁；且灯具散热鳍片裸露在外且为了增加散热表面积灯具本身的体积与重量将非常庞大，很容易累积沙尘阻断散热途径进而丧失散热效能。

所以，当LED做为灯具光源应用时，必须做以下多项散热设计考量，包刮散热模块与灯具本身：(1)LED灯粒与产品操作温度、(2)温升与热均匀性的影响、(3)日照曝晒容忍能力、(4)自然对流散热还是强制对流散热、(5)体积与重量考量，例如路灯的安全性、(6)量产制程设计、(7)防尘与防水考量、(8)抗风阻能力的设计。

前述各项因素，放到实务上检验，就会发现许多LED灯具散热模块或是设计的存在的问题，例如散热鳍片面积未经热流分析计算而随意设定；灯具散热鳍片的布置方式不合理，没有考虑到灯具的使用方式，影响到鳍片散热效果的发挥。

还有一些设计强调散热技术中的传导环节，却忽视对流散热环节，例如许多厂商设计了各式各样的散热模块如热管、回路热管、加导热矽脂等等，却没有注意到热量最终还是要靠灯具的外表面积将热散走，结果外部成了「阻热」模块。例如有的厂商开发的灯具为了要抗酸硷、防氧化，就在灯具外装上喷上烤漆，结果却又把LED的高热封住无法散出，造成LED灯具寿命减短效能大失。

有些散热设计则是某散热细节被忽略或设计错误，如忽视传热的均衡性，例如散热鳍片的温度分布严重不均匀，导致其中一部分的鳍片，即温度较低的部份，对散热作用有限，甚至没有发挥散热效果。有些设计错误则会带来危险性，例如 LED路灯散热技术，可能使用多为导热板方式，例如一片5mm厚的铜板，把热源均温掉，但是路灯可能高达8米，如果散热片重心设计不佳，可能导致重量与风阻过大，危险性增加，特别是遇到台风与地震的情况，都可能导致意外。

在实务设计上，各家厂商都有独家技术，不过以整体产业面来看，似乎尚欠缺明确的标准与规范可以中立正确的判断出灯具的散热性能优劣，让厂商与消费者都无法遵循或据以研判，恐怕才是LED灯具产业在散热设计上，必须首先解决的问题。