LED燈具照明散熱器應如何設計？

LED燈具照明散熱器應如何設計？

LED燈具二次散熱設計的材料和部件主要有散熱基板、黏結層材料和散熱裝置 3種。

散熱基板的作用是與 LED照明內部的熱沉相連接，將熱量導出和散發掉，是為了解決單元LED之間的電路連接與散熱通道相互獨立的問題而采取的技術手段。散熱基板有金屬 PCB 和金屬基復合材料板兩種類型。常見的金屬 PCB 是金屬低溫繞結陶瓷基板，優點是成本較低，但是存在膨脹系數大和相對密度大等問題。金屬基復合材料為金屬 PCB 的改進型，具有熱導率高、相對密度小和膨脹系數可調節等特點。

LED照明芯片與熱沉的黏結材料有導熱膠、導電銀漿和鍋漿 3 種。導熱膠的硬化溫度低于150℃，熱導率低，導熱效果較差；導電銀漿的硬化溫度低于 200℃，具有良好的導熱性和較好的黏結強度；鍋漿的導熱性優于上述兩種黏結材料，導電性能也很好，因此被廣為采用。

散熱器材料的選擇原則如下：

①導熱性能好。

②易于加工，延展性好，高溫相對穩定。

③價格相對低廉，易于采購。

目前所使用的散熱器材料均為金屬，表 7-12 給出了一些常用材料及其熱導率。

鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱導率較高、密度小、價格低而受到青睞，成為了散熱器加工的理想材料選擇；但由于純鋁硬度較小，在各種應用領域中通常會摻加各種配方材料制成鋁合金，以獲得許多純鋁所不具備的特性。各種鋁合金不同的成型、加工方式，應用于不同的領域。表 7-12 中列出的 5 種不同鋁合金中，AA6061 與 AA6063 具有良好的熱傳導能力與加工性，適合用于擠壓成型工藝，在散熱器加工中被廣為采用。ADC12 適合用于壓鑄成型，但熱導率較低，因此散熱器加工中通常采用 AA1070 鋁合金代替。AA1050 則具有較好的延展性，適合用于沖壓工藝，多用于制造細薄的鰭片。

為了增加散熱效果，即增加散熱器表面與空氣的接觸面積，散熱器的外表面可被制成鰭片狀。鰭片的形狀也有多種多樣，并且鰭片的數量、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、圓柱形和錐臺形等，不一而足，目的是為了便于空氣對流、雨水沖刷，以獲得最佳的散熱效果。

散熱器的制作工藝主要是鋁擠壓工藝，采用這種工藝制作的散熱器。鋁擠壓工藝技術相對簡單，適合用于大批量生產。鋁擠壓散熱器的鰭片（也稱作腮片）高度 Pin 與兩鄰的兩枚鰭片間的距離 Fin 之比（Pin-Fin 比）越大，散熱器的有效散熱面積也就越大，代表鋁擠壓技術越先進。高檔散熱器的 Pin-Fin 比高達 18。

散熱器還可以采用切割工藝制作。切割后的散熱鰭片既薄又密，從而增加了散熱面積。但是，切割工藝的技術要求高，加工難度大，一般很少采用。

為使散熱器能夠滿足吸熱快、熱阻小和散熱快的要求，除要求散熱器性能優良外，還要求散熱器與LED模塊接觸部分的吸熱底緊密結合，不留縫隙，并要求吸收熱底有足夠的厚度，以增加橫向熱傳導能力。

在二次散熱設計時，首先計算熱阻和結溫，看能否滿足 LED照明的散熱要求，如果可以滿足散熱要求就直接輸出結果；如果不能滿足 LED照明的散熱要求，就要進行散熱器設計。然后看設計能否滿足 LED照明的散熱要求，如果能夠滿足散熱要求就需要下一步的優化設計；如果不能滿足要求就必須進行散熱器設計，直到能夠滿足要求為止。