大功率LED照明燈具在工作時會產生較多的熱量，需要通過散熱器將熱量匯出并散發到環境中。本文系統地介紹了各類主要散熱器特點，并對其材料性能特徵進行了分析和介紹。

    LED(Light-emittingDiode的縮寫)照明燈具是指采用半導體發光二極體技術做為發光源的一種新型環保照明產品。LED照明燈具有省電節能，易控制、免維護、安全環保、使用壽命長等特點，其使用壽命可達50,000-100,000小時，遠超過傳統鎢絲燈泡的1,000小時及螢光燈管的10,000小時。LED作為一種新型的節能、環保綠色光源產品，其應用前景非常樂觀，但LED在工作中發光的同時大部分電能都要轉化為熱能，如果熱量不能及時的散出，LED的結溫會不斷的升高，當LED結溫超過一定的限度就會發生不可逆光衰，造成LED工作壽命降低甚至損壞，因此LED燈具需要散熱器將自身產生的熱量散出才能正常工作。

    一.普通照明大功率LED燈具(1W以上)介紹

    1.常見類型——球泡燈、射燈、蠟燭燈、管燈、吸頂燈、路燈、車燈等，并根據介面的規格不同有很多型號(部分燈具樣品如圖1)。

    LED照明燈的基本結構包括三大部分，A：發光源結構：即LED燈板包括發光體，LEDPCB板等；B:LED驅動電源，可分為隔離電源和非隔離電源；C:LED散熱，散光或導光組件：包括LED散熱器、LED燈罩或LED導光體等。其基本如圖2。

    二.LED高效安全散熱器工作原理介紹

    散熱器的主要作用是將LED晶片工作中產生的熱量不斷匯出并散發到環境中，使晶片的溫度保持在所要求的范圍內，從而保證LED燈能夠正常工作。從LED晶片產生的熱量主要以熱傳導的方式依次通過LED封裝結構件、電路板、燈具散熱結構件，最後以對流（熱對流和熱傳導）和熱輻射的方式把熱量從散熱結構傳至環境中。常見的LED散熱器散熱模式如圖。

    散熱器的好壞主要取決於在滿足安規的條件，散熱器的熱阻性能。熱阻越小，相同條件下LED燈結溫越低，LED結溫越低，晶片使用壽命就會越長。散熱器的熱阻應該包括導熱熱阻和散熱熱阻兩部分。對於一定形狀的散熱器，導熱熱阻主要與散熱器材料的導熱系數有關，導熱系數越大，導熱熱阻越小，導熱效果越好;在一定環境條件下，散熱熱阻主要取決於散熱器的散熱面積以及散熱器表面材料的輻射系數，散熱面積越大、輻射系數越高，散熱熱阻越小，散熱效果越好。

    三.常見LED散熱器不同材質介紹

    所謂LED散熱器就是能夠將LED晶片工作中產生的熱量快速地匯出并散發到環境中的一個元件，因此作為散熱器僅具有一定的散熱面積是不行的，制作散熱器的材料必須具有一定的導熱性，也就是要具有較高的熱導率，才能將晶片產生的熱量不斷匯出，并最終散到環境中;當然對於導熱材料，除了導熱性外，還應當具有比重小、價格低、強度高、容易加工等特點。常用材料通常包括金屬材料，無機非金屬材料和高分子材料三大類，其中高分子材料又包括塑膠、橡膠、化學纖維等。導熱材料一般為金屬和部分無機非金屬材料。在常見金屬中，鋁和銅的導熱系數比較高，但銅的價格高，比重大，加工性不如鋁，而鋁質散熱器完全能滿足LED散熱的要求，因此在LED金屬散熱器中以鋁質散熱器為主，銅質散熱器并不多見，另外也有少量散熱器是鐵質的。導熱性好的無機非金屬材料加工前一般多為粉末狀，需要經過特種工藝加工成型，加工成散熱器後基本為陶瓷狀;有些無機非金屬材料導熱系數很高又非常絕緣，但價格很高，如金剛石、氮化硼、氮化鋁等;有些雖然導熱系數高但不絕緣，類似金屬，如石墨、碳纖維等;并且將無機非金屬粉末加工成形狀復雜的陶瓷散熱器是非常困難的，因此，雖然陶瓷LED散熱器是有應用的，但存在很大的局限性，需要進一步完善和提高。高分子材料本身導熱性是比較差的，但如果將導熱性好的金屬粉末或非金屬粉末添加到塑膠或橡膠中，制成導熱塑膠或橡膠等，其導熱性會大幅提高。導熱橡膠因其特有的彈性，是其它導熱材料無法替代的，因此在某些領域已經廣泛應用，但因其剛性較差，作為散熱器材料可能不太合適;導熱塑膠單獨或配以金屬嵌件做成的LED散熱器是最近開發成功的新一代LED散熱產品，如果設計得當，可以達到壓鑄鋁散熱器的散熱效果，并且外表面絕緣，使用更加安全，是今後LED散熱器發展的方向。下面就幾種常見不同材質的LED散熱器簡單作一介紹。

    1.鋁質散熱器——目前較常見的LED散熱器主要是鋁質散熱器，一般包括壓鑄鋁和拉伸鋁散熱器兩種。主要原因是金屬鋁的導熱系數較高，比重小，易加工，價格便宜等。其中壓鑄鋁散熱器是目前最常用的，其導熱系數70-90W/m.K，外形較美觀，形狀可多變，價格適中;缺點是本身不絕緣，為了安全需要增加絕緣膠或套，而絕緣膠或套一般導熱較差，對散熱是不利的，同時成本也會增加。另外，壓鑄鋁散熱器模具成本較高，不利於新品的開發;生產過程需要消耗較多的能源，并且二次加工成本偏大。拉伸鋁散熱器導熱系數200W/m.K左右，導熱很好，一次加工成本較低，但往往需要二次加工，二次加工成本較高，而且形式較單一，同樣需要增加絕緣處理，目前主要用於路燈及較大功率的室內LED照明。

    2.導熱塑膠散熱器——由國外幾家大公司開發出的導熱塑膠LED燈具散熱器，不僅解決了鋁質散熱器本身不絕緣的問題，而且散熱器的重量也有所減輕。目前生產LED散熱器導熱塑膠的公司主要有荷蘭的帝斯曼，沙特的SABIC，日本的東麗公司等。導熱塑膠主要是由尼龍、PBT等耐熱性好的塑膠加入高導熱的無機填料，如氮化鋁、氮化硼等組成;其本身導熱系數通常為通用塑膠的5-15倍，一般只有1-6W/m.K左右。現有導熱塑膠的產業化主要局限是成本很高，售價約合100-300元人民幣/Kg，制成散熱器的價格也比壓鑄鋁散熱器高，雖然在一些生產LED燈具的大公司如飛利浦公司等有一定應用，但近期還無法大量替代鋁質散熱器。

    3.Thertrans導熱復合材料散熱器——是最近在市場上深受關注的新型LED散熱裝置，由上海合復新材料科技有限公司獨立開發完成。其散熱性能優異類似于傳統金屬散熱器，具有類似導熱塑膠的電絕緣性能。更為表現突出的是，具有非常高效的工業化成型性能，可采用遠低於金屬(600度)和傳統導熱塑膠(260度)的低溫加工成型技術(150度).Thertrans導熱復合材料散熱器一般由Therpoxy導熱復合材料和內嵌金屬鋁件兩部分組成。鋁件采用沖壓鋁材，導熱系數200W/m.K以上，這種鋁嵌復合材料式散熱器的散熱性優異，可以與壓鑄鋁散熱器的散熱效果接近或相當，加工也相對容易。從測試結果(下圖)，Thertrans復合材料散熱器的散熱效果可以和相同形狀壓鑄鋁散熱器接近，或者說相同形狀的Thertrans導熱塑膠散熱器和壓鑄鋁散熱器的熱阻基本一致。

    除了導熱散熱性能優勢外，Thertrans復合材料散熱器外形美觀，式樣多變，可用注塑機加工成型，其重量比相同形狀壓鑄鋁散熱器低三分之一左右，而且不必另外增加絕緣處理，甚至可以將螺紋口等與散熱器一起成型，有效減少了LED燈具生產廠家的組裝工序及成本。

    Thertrans散熱器采用的Therpoxy導熱復合材料,其導熱系數約為3W/m.K左右，價格只有傳統高性能導熱塑膠的一半，甚至不到，材料具有導熱、絕緣、阻燃、耐熱、環保、耐老化、易成型、重量輕、價格較低等特點。其中阻燃可達到UL94V0@0.6mm，符合RoHS環保要求，表面耐擊穿電壓4000V以上，因此能較好地平衡產業化過程中的性能價格問題，受到較好的市場認可。