从散热技术探讨LED路灯光衰问题

中心议题：
    * LED 路灯光衰竭的成因探讨
    * LED 路灯光衰竭的解决建议
解决方案：
    * 从基本材料上着手
    * 热阻要低要用对导热胶
    * 采用LED灯具软陶瓷散热漆作为外部保护

LED路灯严重光衰的问题,需要从LED散热技术的根本来解决。

目前中国LED路灯成长率高于各国,据统计预测2010年仍将雄踞全球市场第一。去年中国科技部定案的“十城万盏”半导体照明应用工程试点政策,虽说是透 过中央政策创造出市场需求的经济发展典范,但是就厂商实际接案的第一线响应却不如预期。

政策与市场的落差,除了LED标准尚未全然规范可供厂商遵循外,另一个潜伏的技术问题就是“LED路灯严重光衰”,导致安装不到一年的LED路灯无法通过 使用单位认证验收。前述的LED标准规范统一制定问题,已有可能在近期内拟订定案,至于“LED路灯严重光衰”就需要从LED散热技术的根本来解决。

LED路灯光衰竭的成因探讨
温度其实就是LED路灯光衰的关键问题,偏偏LED路灯就卡在这个环节。LED路灯由于发光功率大于家用灯具,因此厂商在散热基板鳍片、散热模块的设计上 费尽苦心,组装完毕需在灯具散热模块外面,加烤漆保护以防气候侵蚀。不料这个外部保护的喷漆却把散热模块的热度又封了回去,造成散热不良导致 LED磊晶光衰。

LED磊晶发光热能属于小范围的集中热能,在高功率路灯的应用时,电力输入功率也大,LED的接口温度相当的高,在路灯长时间持续工作下,散热模块如不能 有效散热,就会影响LED使用寿命及发光表现,像目前的LED路灯严重光衰就是这些因素所造成。LED路灯是在户外使用,有环境气候的干扰因素,所以多半 的厂商是将LED路灯散热器外壳以阳极处理保护,或是加喷烤漆,以避免酸碱物质的侵蚀。阳极处理的寿命不长,时日稍久还是会氧化变色,如果要拆下重工,不 但耗时耗工也会增加维护成本;烤漆保护成本较低,保护的功效也好,但是一般烤漆没有散热功能,漆体本身会形成阻隔作用,等于是加大LED路灯散热器的热阻 抗,不但没有帮助,反而因为把热能封锁在散热器内,让LED磊晶发光功率降低,最后就导致严重光衰。以上一直在LED灯具业界存在的严重困扰,几乎是目前 公共工程LED路灯无法顺利通过采购单位验收的主因。

LED路灯光衰竭的解决建议
要解决这些既存问题,建议路灯厂商厂商从基本材料上着手,从根本由内而外的解决高功率LED热源问题。举例来说在发光组件与铝基板的黏合时,导热胶就扮演 关键角色,有些厂商以为导热胶膜或导热胶垫的导热系数要好,膜厚要越厚越好,却没想热阻问题。导热系数再好,碰到膜厚的热阻也没用。更何况导热胶膜或软质 导热垫片,并不能真正的与基板密合,贴合面其实存在着许多孔隙。这些孔隙在电子显微镜下观看,就像是空洞的气穴,也就是另一种形式的热阻质。在这么多干扰 热传导的热阻存在之下,散热导热的效率无形中就被降低了。

热阻要低要用对导热胶,推荐网印施工的软陶瓷导热胶。网印施工的软陶瓷导热胶不同于传统的贴合式导热胶膜,软陶瓷导热胶是软质半液态,在网印机刮刀涂布于 铝基板时,导热粒子会渗入基板表面的孔隙并予填补到满。这样就会形成一个完全平整没有孔隙的平面,与LED磊晶载板黏合时会完全的密合。这样一来就把热阻 减少到最低程度,热度就能迅速的被传导出去,自然就降低了 LED晶粒的环境温度,也延长磊晶的寿命以及大幅延缓光衰的发生。此外由于网印施工的软陶瓷导热漆具有延展性,在高温烘烤或回焊时,会随着铝基板的热胀冷 缩一起变化,应力非常小,不会造成铝基板弯翘,更不会爆板。

在LED灯具的外部保护推荐采用LED灯具软陶瓷散热漆。这种喷涂式软陶瓷散热漆可直接喷涂于LED灯具外部,施工操作简便,可适应各种形状的散热结构, 也可调整成不同色彩,因应景观设计的需求。喷涂式散热漆内的软陶瓷粒子,是经过奈米化处理,粒子细微不仅易于喷枪操作,也让同一涂布面积上的导热粒子又多 又密集,让温度挥发透散的面积也变大,让LED灯具的热能迅速的传导出去。软陶瓷散热漆属于热固型材料,符合RoHS环保安全规范,施工程序简便也无需任 何特殊机具,经过烘烤后热固,可长时间承受LED的高温不会有质变问题。在户外使用的LED路灯、景观灯、或是LED广告广告牌、也都会面临风吹雨打、酸 雨鸟粪、空气粉尘、黑烟排放…等等的酸碱侵害。所以这种喷涂式软陶瓷散热漆一定要具备抗酸碱的特性,目前的抗酸碱值幅度在PH 3 ~ 11,可以有效保护LED户外灯具外观不被侵蚀。

LED灯具的成本结构随着封装技术、载板设计、散热模块结构的精进发展,质量不断的提升,成本也随着技术发展及市场需求而下降。但是投入在材料改进的厂商 还不多,这主要是跟台湾工商发展的历程与习性相关。台湾厂商长于制程与设计,在材料基础研发上着墨较少。所以在解决技术问题或降低成本等议题上,比较偏向 采购思维或是生管思维。但是美日厂商在第一时间点,会从应用材料上去思考,从创新的角度去降低成本,提升质量及增加获利。

台湾LED产业的产值高居全球前二名,在全球暖化节能减碳的共同议题下,实有机不可失的产业优势。台商如能掌握现阶段的优质生产技术,先进的制程,再加以 材料的研发改进,极有可能在继计算机产业之后,成为LED应用领域的龙头。时值2010年之始,在可预见的一、二年之内,将可看见LED灯具产业进入经济 规模,这也正是台湾厂商要掌握住的关键契机。