从散热技术探讨LED路灯光衰问题

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2013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hELlip;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PH3~11，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。