LED路燈市場(chǎng)放量，散熱設(shè)計(jì)突破局限

通過(guò)今年兩次由國(guó)家相關(guān)部門(mén)組織的2012/2013年度半導(dǎo)體照明產(chǎn)品財(cái)政補(bǔ)貼推廣項(xiàng)目，最終33家企業(yè)、185款LED照明產(chǎn)品中標(biāo)入圍，這在一定程度上也表明了政府和企業(yè)對(duì)商用LED照明市場(chǎng)規(guī)模的認(rèn)可。特別是在大功率LED路燈照明部分，隨著此次補(bǔ)貼項(xiàng)目的展開(kāi)，以及近期陸續(xù)出臺(tái)的廣東省各地方政策的大力扶持和推動(dòng)，使得該市場(chǎng)迅速升溫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年國(guó)內(nèi)LED路燈照明的全年總安裝量有望達(dá)到85萬(wàn)盞左右，另外，據(jù)報(bào)導(dǎo)，中國(guó)環(huán)資工委將在“十二五”(2011-2015年)期間安排80億元中央財(cái)政預(yù)算外資金采購(gòu)400萬(wàn)盞LED高效道路照明產(chǎn)品，同時(shí)還將帶動(dòng)不低于30億元的地方配套資金。

2009-2012年中國(guó)LED路燈安裝量(單位：萬(wàn)盞)

然而，正當(dāng)大批LED廠商紛紛搶進(jìn)路燈市場(chǎng)之際，最近一段時(shí)間，圍繞LED路燈能否全面替代傳統(tǒng)燈源(以高壓鈉燈為主)這一話(huà)題，行業(yè)內(nèi)展開(kāi)了激烈的討論，除了節(jié)能效果、穿霧能力等問(wèn)題之外，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)還包括LED路燈的散熱性能是否已經(jīng)達(dá)到了大面積應(yīng)用的要求。從此次財(cái)政補(bǔ)貼項(xiàng)目的入圍產(chǎn)品來(lái)看，9000lm的LED路燈產(chǎn)品中，90W和100W的產(chǎn)品占主流；14000lm的LED路燈產(chǎn)品中，160W和150W的產(chǎn)品占主流，這些均屬于大功率照明產(chǎn)品，散熱設(shè)計(jì)直接關(guān)系到燈具的可靠性和使用壽命。

盡管業(yè)內(nèi)大多數(shù)人都表示，經(jīng)過(guò)近幾年散熱技術(shù)的不斷改善，目前階段LED路燈已經(jīng)基本成熟，但從實(shí)際效果來(lái)看仍未達(dá)到理想的狀況，這主要是由于LED光源本身的耐熱性較差，在LED功率較大、體積有限的情況下，熱問(wèn)題也就相對(duì)較為突出，具體表現(xiàn)為：大功率LED燈具的重量普遍較重，產(chǎn)品的發(fā)熱量較大，散熱成本較高。而從目前的應(yīng)用層面來(lái)說(shuō)，各主流廠商則是從降低封裝熱阻，改進(jìn)燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用散熱新材料這些方面來(lái)綜合提升大功率LED路燈的散熱性能。

改善LED芯片組件的耐溫性

溫度是固態(tài)照明在設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考量的參考因素之一。LED照明的熱管理與芯片、封裝及系統(tǒng)集成這三方面息息相關(guān)，在上游芯片層面，要解決散熱問(wèn)題，關(guān)鍵在于進(jìn)一步提升LED的光效，提高LED芯片與電子組件的耐溫性(提高Tj的耐溫性)，以及LED在高溫下穩(wěn)定的光輸出特性。

億光電子工業(yè)股份有限公司戶(hù)外照明應(yīng)用部經(jīng)理梁家豪分析道，大功率LED燈所產(chǎn)生的熱處理主要分為兩個(gè)層面：一是由LED芯片封裝體傳導(dǎo)至封裝之導(dǎo)熱體而導(dǎo)出的熱量；二是經(jīng)由光輸出時(shí)被光學(xué)部件所吸收而產(chǎn)生的熱量。如果不考慮LED封裝組件的影響，當(dāng)電能轉(zhuǎn)化為光能的效率不高時(shí)，就要求散熱體的散熱效率相對(duì)要高；當(dāng)電能轉(zhuǎn)化為光能的效率較高時(shí)，光學(xué)部件本身的導(dǎo)熱與耐熱性相對(duì)就要求更高。

四川新力光源股份有限公司總經(jīng)理羅文正

對(duì)于降低LED芯片的封裝熱阻，四川新力光源股份有限公司的總經(jīng)理羅文正認(rèn)為最核心的兩點(diǎn)是：一方面要繼續(xù)提高芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，這樣發(fā)熱量就會(huì)繼續(xù)減少；另一方面，還要提高芯片和封裝材料的耐熱性能，使得LED器件可以在更高的溫度下可靠地工作。隨著LED光效的不斷提升，LED光源的相對(duì)發(fā)熱量將會(huì)降低，且相同光通量下的LED燈具本身功率也會(huì)下降，因此當(dāng)LED光源的發(fā)光效率達(dá)到200LM/W以后，散熱應(yīng)該不會(huì)成為L(zhǎng)ED燈具設(shè)計(jì)的主要矛盾。

優(yōu)化燈具散熱結(jié)構(gòu)

目前LED路燈的散熱方式主要有：自然對(duì)流散熱、空氣振動(dòng)、加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱、熱管和回路熱管散熱等，其中，自然對(duì)流散熱方式是性?xún)r(jià)比較高的散熱方式之一。但由于空間限制的關(guān)系，這種散熱方式也很容易出現(xiàn)瓶頸。因此，在有限的散熱器空間內(nèi)，需要根據(jù)要求設(shè)計(jì)優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)，盡量減小整燈系統(tǒng)的界面接觸熱阻，選用輻射率較高的表面處理方式，且整燈機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)注意熱傳導(dǎo)的均勻性，避免熱量集中，從而增強(qiáng)LED照明燈具的散熱性能，即對(duì)熱幅射的散熱能力。

億光電子工業(yè)股份有限公司戶(hù)外照明應(yīng)用部經(jīng)理梁家豪

對(duì)此，梁家豪認(rèn)為在燈具設(shè)計(jì)上應(yīng)注意以下幾個(gè)面向：“首先，需要輕量化：目前大功率LED燈具普遍比傳統(tǒng)燈具重；其次，需要考慮結(jié)構(gòu)與安全性：一般大功率LED燈具的散熱通常為主體結(jié)構(gòu)體，如果單純考慮散熱，結(jié)構(gòu)與安全性可能會(huì)疏忽；此外，還需要考慮耐候性(耐久性)：大功率LED燈的本體散熱體通常是鋁合金，如果要耐候或耐酸蝕，則表面會(huì)使用一些防銹處理，但因?yàn)樯狍w的溫度會(huì)隨著燈具的點(diǎn)滅而產(chǎn)生比傳統(tǒng)燈具更劇烈的變化，因此表面耐候處理容易失效?！?

此外，LED照明散熱主體的工業(yè)設(shè)計(jì)同樣也非常重要，照明燈具晚上是看光的效果，白天是看燈具的造型，所以還需要能夠融入環(huán)境的美感之中，如果只是單純考慮散熱，那么就會(huì)使燈具的造型十分單調(diào)。“主要還是要突破現(xiàn)有的燈具開(kāi)發(fā)思路，”羅文正表示，“例如，可以改變LED光源的接口模式，使LED朝著模塊化、平面化方向發(fā)展。”

新材料提升散熱效果

傳統(tǒng)照明在設(shè)計(jì)上不必過(guò)多考慮散熱問(wèn)題；而對(duì)LED來(lái)說(shuō)，散熱設(shè)計(jì)則關(guān)系到光通維持率和光源壽命，因此，全面提升LED照明的散熱技術(shù)將會(huì)使LED照明更貼近于普羅大眾，也有利于LED照明的普及與應(yīng)用。除了生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)制造之外，尋找更為適用的新型材料也是目前許多廠商努力探索的一個(gè)方向，其中包括燈珠基板材料、導(dǎo)熱物質(zhì)，以及表面涂料等等。

在這一方面，新力光源做了有益的嘗試，近年來(lái)他們?cè)诓牧仙涎芯苛税ü簿Ш辖?、高熱硅脂等降低界面熱阻的?dǎo)熱材料，散熱涂料等增強(qiáng)型輻射散熱材料，以及陶瓷材料、高導(dǎo)熱塑料、碳纖維和稀土鋁鎂合金等新型散熱器材料，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加靈活多樣，且效果良好。

梁家豪也介紹道，在大功率LED照明的散熱處理上，有別與其他廠商只針對(duì)單一設(shè)計(jì)的做法，億光會(huì)針對(duì)芯片、封裝、光、機(jī)、電等因素作全方位的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采取最新的納米散熱材料技術(shù)，令大功率LED照明燈具的效率達(dá)到較高的數(shù)值。