LED照明燈具可靠性分析

　　LED照明燈具的可靠性(壽命)很大程度上取決于散熱水平，所以提高散熱水平是關(guān)鍵技術(shù)之一。主要是解決芯片產(chǎn)生多余熱量通過熱沉、散熱體傳出去，這是個(gè)很復(fù)雜的技術(shù)問題。下面將分別敘述：

　　(1)功率LED定義

　　哪些LED需要考慮散熱問題，功率LED需要散熱。功率LED是指工作電流在100mA以上的發(fā)光二極管。是我國(guó)行標(biāo)參照美國(guó)ASSIST聯(lián)盟定義的，按現(xiàn)有二種LED的正向電壓典型值2.1V及3.3V，即輸入功率在210mw及330mw以上的LED均為功率LED，都需要考慮器件熱散問題，有些人可能有不同看法，但實(shí)踐證明，要提高功率LED的可靠性(壽命)，就要考慮功率LED的散熱問題。

　　(2)散熱有關(guān)參數(shù)

　　與LED散熱有關(guān)的主要參數(shù)有熱阻、結(jié)溫和溫升等。

　　a.熱阻

　　熱阻是指器件的有效溫度與外部規(guī)定參考點(diǎn)溫度之差除以器件中的穩(wěn)態(tài)功率耗散所得的商。它是表示器件散熱程度的最重要參數(shù)。目前散熱較好的功率LED熱阻≤10℃/W，國(guó)內(nèi)報(bào)道最好的熱阻≤5℃/W，國(guó)外可達(dá)熱阻≤3℃/W，如做到這個(gè)水平可確保功率LED的壽命。

　　b.結(jié)溫

　　結(jié)溫是指LED器件中主要發(fā)熱部分的半導(dǎo)體結(jié)的溫度。它是體現(xiàn)LED器件在工作條件下，能否承受的溫度值。為此美國(guó)SSL計(jì)劃制定提高耐熱性目標(biāo)，如表1所示：

　　表1 美國(guó)SSL計(jì)劃制定提高耐熱性目標(biāo)

　　從表中顯示，芯片及熒光粉的耐熱性還是很高的，目前已經(jīng)達(dá)到芯片結(jié)溫在150℃下，熒光粉在130℃下，基本對(duì)器件的壽命不會(huì)有什么影響。說明芯片熒光粉耐熱性愈高，對(duì)散熱的要求就愈低。

　　c.溫升

　　溫升有幾種不同的溫升，我們這里所討論的是：管殼-環(huán)境溫升。它是指LED器件管殼(LED燈具可測(cè)到的最熱點(diǎn))溫度與環(huán)境(在燈具發(fā)光平面上，距燈具0.5米處)溫度之差。它是一個(gè)可以直接測(cè)量到的溫度值，并可直接體現(xiàn)LED器件外圍散熱程度，實(shí)踐已證明，在環(huán)境溫度為30℃時(shí)，如果測(cè)得LED管殼為60℃，其溫升應(yīng)為30℃，此時(shí)基本上可確保LED器件的壽命值，如溫升過高，LED光源的維持率將會(huì)大幅度下降。

　　d.散熱新問題

　　隨著LED照明產(chǎn)品的發(fā)展，有二種新的技術(shù)：其一，為了增大單管的光通量，注入更大的電流密度，如下面所提，以致芯片產(chǎn)生更多的熱量，需要散熱。其二，封裝新結(jié)構(gòu)，隨著LED光源功率的增大，需要多個(gè)功率LED芯片集合封裝在一起，如COB結(jié)構(gòu)、模塊化燈具等，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，需要更有效的散熱結(jié)構(gòu)及措施，這又給散熱提出新課題，否則會(huì)極大地影響LED燈具的性能及壽命。

　　綜上所述，一定要提高散熱水平，但近期有人提出“隨著LED光效提高，散熱就不重要”，我認(rèn)為這是不對(duì)的，因?yàn)長(zhǎng)ED燈具做得很好，其總能效也只是50%，還有很多電能要變成熱。其次，LED大電流密度和模塊化燈具等都會(huì)產(chǎn)生更多集中的余熱，需要很好散熱。為提高散熱水平提出幾點(diǎn)原則性意見：

　　其一，從LED芯片來說，要采取新結(jié)構(gòu)、新工藝，提高LED芯片結(jié)溫的耐熱性，以及其他材料的耐熱性，使得對(duì)散熱條件要求降低。

　　其二，降低LED器件的熱阻，采用封裝新結(jié)構(gòu)、新工藝，選用導(dǎo)熱性、耐熱性較好的新材料，包含金屬之間粘合材料、熒光粉的混合膠等，使得熱阻≤10℃/W或更低。

　　其三，降低升溫，盡量采用導(dǎo)熱性好的散熱材料，在設(shè)計(jì)上要求有較好的通風(fēng)孔道，使余熱盡快散出去，要求升溫應(yīng)小于30℃。另外，提高模塊化燈具的散熱水平應(yīng)提到日程上來。

　　其四，散熱的辦法很多，如采用熱導(dǎo)管，當(dāng)然很好，但要考慮成本因素，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮性價(jià)比問題。

　　此外，LED燈具的設(shè)計(jì)除了要提高燈具效率、配光要求、外形美觀之外，要提高散熱水平，采用導(dǎo)熱好的材料，有報(bào)道稱，散熱體涂上某些納米材料，其導(dǎo)熱性能增加30%。另外，要有較好的機(jī)械性能和密封性，散熱體還要防塵，要求LED燈具的溫升應(yīng)小30℃。