借助全球性的能源短缺和环境污染状况频发为契机，LED以低碳、节能、环保等优点一举夺得世人关注的目光，而LED作为一个光电器件，其工作过程中只有10%～40%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，从而导致LED的温度升高。因而尽管LED具有低电压、低能耗、长寿命、易维修等特性，但LED温升却是制约LED性能发挥及时效的最大原因。LED结温上升，导致发光效率降低，可靠性差，使用寿命降低及发热量增大等。为了适用普通照明所需的高光通量要求，不断增大的注入电流导致LED器件的热问题越来越严重。热管理技术是LED封装和设计中的一个关键因素，而LED照明散热则是热管理环节中的重中之重。而如何实现有效的LED照明散热管理则是我们这一期专题所要探讨的课题。
LED的热管理技术包括芯片、封装和系统集成方面的热管理。芯片方面，人们努力的提高材料的结晶质量或设计新型结构，来提高芯片本身的内外量子效率，比传统的低导热率的蓝宝石衬底芯片热阻更小。
LED散热的必要性
散热问题是当前半导体照明技术的技术瓶颈，LED是个光电器件，其工作过程中只有10%～40%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。LED温升是LED性能劣化及失效的主因。LED结温上升，导致发光效率降低，可靠性差，使用寿命降低及发热量增大等。
解决方法
(A) 改进LED芯片、封装的结构和材料——上中游产业完成
(B) 系统集成，主要针对灯具散热方式，提高换热功率——散热设计的工作
LED光衰详细>>
LED产品的光衰就是光在传输中的讯号减弱，而现阶段全球LED大厂们做出的LED产品光衰程度都不同，大功率LED同样存在光衰，这和温度有直接的关係，主要是由芯片、萤光粉和封装技术决定的。目前，市场上的白光LED其光衰可能是向民用照明进军的首要问题之一。
影响LED光衰的两大因素
1）LED品质问题：采用的LED芯片体质不好，亮度衰减较快。
2）使用条件问题：LED芯片本身的热阻、银胶的影响、基板的散热效果，以及胶体和金线方面也都与光衰有关系。
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热阻Rth
热流通道上的温度差与通道上耗散功率之比；在LED点亮后达到热量传导稳态时，芯片表面每耗散1W的功率，芯片pn结点的温度与连接的支架或铝基板的温度之间的温差就称为热阻Rth，单位为℃/W。
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防静电指标
做好的LED器件要注意防静电。无论是在运输状态，还是在装配过程中，都可能出现静电带来的损坏，要特别注意防静电。一般LED做好后，双极开路防静电指标应在500V之内。
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失效率λ
失效率λ是指一批LED器件在点亮后多长时间、有多少个出现“死灯”现象。这是衡量这批LED器件质量的关键指标。若工作10小时内无“死灯”现象出现，说明失效率较好，即失效率为0。
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LED的储存环境温度与工作温度
常规下，LED的储存环境温度应在-40℃~+100℃。而在封装LED时，有时为了使封装胶或荧光粉快干，在温度150℃保存1~2小时，这对LED是否有影响，有待考证。而LED工作温度是-30℃~+80℃，但工作温度与热阻有关。LED在工作时，最好将它的pn结温度保持在100℃以下。
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寿命及其他指标
LED器件在正常工作条件下，半光衰时间越长，说明LED的寿命越长。按理论计算可达10万小时以上。但目前由于材料、制造技术等方面原因，市场上的LED器件寿命只能达到2~3万小时。LED器件的寿命与使用时系统的散热条件、出光效率有直接关系。LED是靠环氧树脂等胶封装起来的。
高效能的散热＝热传系数Ｘ散热面积Ｘ温度差
热传系数：材料性质，几何形状，流场状况（层流，紊流）
散热面积：制造加工方式，几何形状
温度差：几何形状，流场状况
其他利于散热的小设计
1.热源与散热器的大接触面设计；
2.灌胶，作用：散热绝缘固定；
3.空隙部位导热膏的灵活运用；
4.散热器表面处理方式（阳极黑色>阳极原色及基于阳极的处理方式>电镀>普通铝）；
5.合理的系统散热设计（外壳孔位，表面积）。
| 一次导热材料介绍与应用 | ||
| 材料名称 | 优点 | 缺点 |
| FR4板 | 1.成本低廉,制作容易； |
1.不适用散热片带电极之LED设计 |
| 铝基板 | 1. 一般接受度高 |
1.价格较FR4高 |
| 铜基板 | 1.热导特性远高于铝基板 |
1.成本高,一般设计无法适用 |
| 共金板 | 1.传导中心无阻绝,热导效率佳 |
1.不适用散热片带电极之LED设计 |
| 复合材料板 | 1. 热导系数最高,可达500W/mK |
1.生产制造不易,加工程序困难 |
| 二次散热材料介绍与应用 | ||
| 铝材-挤型(拉升) | 1. 热导系数高,传热速度快 |
1.硬度/钢性较不足 |
| 铝材-压铸 | 1. 外型可任意变化,美化外观 |
1.模具设计开发成本高 |
| 涂布材料 | 1.可增加外壳热散逸能力 |
1.增加成本 |
| 接面材料介绍 | ||
| 导热膏 | 1. 成本低廉,使用容易 |
1.不易均匀涂布,易形成气泡 |
| 硅胶垫 | 1.长时间耐温性能佳,可耐温125~200°C |
1.成本高,增加产品成本 |
| 热相变硅胶垫 | 1. 具有一般硅胶垫的产品优势 |
1.不易后制加工,且无法二次使用 |
1）铝挤压技术
一般常用的铝挤型材料为 AL6063，其具有良好热传导率(约200 W/m.K)与加工性。
优缺点：易加工，成本低，技术成熟。缺点是安装受限较多，易变形。
注：未经氧化处理的铝易自然腐蚀，导致导热率下降。
2）铝压铸技术
一般常用的压铸型铝合金为ADC12，适用于做薄铸件，但热传导率较差(约 96 W/m.K)。
优缺点：可进行一体化无隙设计，防水效果较好。缺点是模具费用较高，散热效果一般，灯体较笨重
3）热管技术
一般采用热管加fin片的形式。Fin片材质一般是AA1050(AL,约200 W/m.K）或c1100(cu,约400 W/m.K ），导热管材质结构复杂，具有几乎完美的热传导率（约80000~110000 W/m.K）。
优缺点：良好的散热效果，重量轻。缺点是对空间有一定要求，不能承受较大力度冲击，成本较高。
4）其他新型散热技术更多>>
1、SynJet替代风扇
2、均热板技术
3、离子风散热技术
4、PDC 热处理材料
5、纳米碳球应用于辐射散热技术
主要热传导方式：
对流，辐射
可解决功率：
P总=P对+P辐=hxAix(Ti-Tj)+h为对流换热系数,Ai为散热器散热表面积，Fij为常系数，为表面辐射黑度系数（自然铝为约0.4，氧化处理后为约0.8，阳极黑色后约为0.9）
目前市面主要流行的散热软件也不少，常见的有：
Icepak,Flotherm,CFDesian,EFD,ANSYS,QLED等，但各有优缺点，例如，Flotherm,Icepak较适合系统散热设计，需自行建模。CFDesian,ANSYS操作复杂，EFD网格繁多，电脑配置要求高。
相比较之下：推荐使用Mentor Graphics公司的EFD。EFD基于当前主流三维设计软件PROE与UG,可进行精确的散热模拟分析，并进行优化。
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大功率LED的散热问题
a) 目前大功率LED只将20%的输入电能转化为光能，其余80%的能量则转化为热能。
b) LED是冷光源，主要散热途径是热传导。
c) 如果散热问题解决不好，热量全部积累在芯片内部，结温越来越高，将导致恶性循环，并引发如下问题：芯片：峰值波长飘移，使用寿命缩短；荧光粉：发光效率降低，老化加速。 -
大功率LED的散热路径
管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA,散热垫底部的温度为Tc（TJ＞Tc＞TA），散热路径如图6所示。
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散热的计算公式
这种通过试验、计算出TJ方法是基于用某种PCB及一定散热面积。如果计算出来的TJ小于要求（或等于）TJmax，则可认为选择的PCB及面积合适；若计算来的TJ大于要求的TJmax，则要更换散热性能更好的PCB，或者增加PCB的散热面积。
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应用于大功率LED的PCB
目前应用与大功率LED作散热的PCB有三种：普通双面敷铜板（FR4）、铝合金基敷铜板（MCPCB）、柔性薄膜PCB用胶粘在铝合金板上的PCB。
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PCB背面加散热片
若计算出来的TJ比设计要求的TJmax大得多，而且在结构上又不允许增加面积时，可考虑将PCB背面粘在“∪”形的铝型材上（或铝板冲压件上），或粘在散热片上，如图10所示。这两种方法是在多个大功率LED的灯具设计中常用的。
