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路灯印度热传导LED灯具市场商机浮现 散热关键材料成定局

日前于台北举办的台湾国际科技照明展刚刚落幕,参展厂商共襄盛举,纷纷展出各种最新的LED灯具应用。在全球LED应用市场不断扩大之际,除了欧美及中国大陆等潜力市场,也不可轻忽一个极有爆发力的印度市场。印度对LED产品需求主要靠进口,2004年印度LED进口额为6,470万美元,2005年进口额已增为7,123万美元,2006年LED进口额已达到8,850万美元,年增率超过11.93%,到2007年印度经济发展更加突飞猛进,LED进口金额屡创新高。

经过两年的发展,2010年印度更预计超过10亿美元,年增率破12%,是全球LED市场中相当有发展潜力的新兴市场之一,这主要是该国随经济成长所带动的电力需求极大,受资源的限制,惟有提前在节能减碳的LED应用布局,否则建再多的电厂也不够用。

日前经济部也预估过,如果未来全台湾230万盏路灯都能改成LED灯,1年就能省下7.5亿度电,以及新台币15亿元的电费,同时减少51.7万公吨的二氧化碳排放。

LED路灯散热灯壳应用新材料降温测试

「LED路灯严重光衰」需要从LED散热技术的根本来解决

在此次的科技照明展中,我们看到一些有趣的现象。那就是在某些厂商展出的大型路灯、舞台灯、室外洗墙灯上发现,灯具的散热灯壳涂上了厚厚一层的传统黑色烤漆,把LED路灯涂装得像是抽水马达一样。访谈后得知,厂商说由于是应用在户外,要耐得住气候变化酸雨侵蚀,只好喷涂上烤漆保护。那为什么要用黑色的油漆呢?答案居然是比较耐脏,脏了比较看不出来。为什么要用油漆呢?难道不担心油漆会形成热阻造成LED光衰?答案是,如果用阳极处理保护也还是会有热阻,而且曝露在外几个月就会失效,只好用油漆保护,就算会光衰也尽量撑过工程单位验收就好了。

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、散热风扇的设计上费尽苦心,等到组装完毕又要在灯具及散热模组外面加上喷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组努力排散出去的热度又封了回去,造成散热不良,严重的导致LED磊晶光衰。依目前大型路灯验收规范,LED灯具寿命测试:1,000小时以上之寿命测试(LifeTest),光衰减量要小于3%(枯化点灯);15,000小时以上之寿命测试(LifeTest),光衰减量要低于8%。通不过规范,就拿不到公共工程验收款。

在LED应用上,终端散热性更胜于热传导界面层

业界对于散热可以从热传导性(HeatConductivity)与散热(Heatdissipation)两面向来探讨。对于业界在LED散热上过于强调在前端追加热传导层的做法,冠品化学公司的研发副总叶圣伟博士,提出迥异于业界一般做法的根本解决之道。

叶博士指出,若导入以下的热阻公式Rtotal=Rl-s+Rs+Rs-a,整个LED总热阻为LED到Substrate基板之间的热阻(Rl-s),加上基板热阻(Rs)再加上基板到空气端的热阻(Rs-a)三者的总和。以一般铝基板Rs热阻约2~3cm2‧K/W,而基板到空气端的热阻Rs-a热可达到400~3,000cm2‧K/W,瓶颈反而出在基板这边。当导入热通量公式计算下,热流量q=Q(总热量)/A(表面积)=(T1-T2温差)‧k(导热系数)/l(通过长度),由于LED的热流量q恒为固定常数,因此热阻(Rt)为通过长度l除以导热系数k之值,热传导长度越短越能有效降低整体热阻,而总热阻随着各介面之间的热阻,以及各介面之间的介面热阻的累加而攀升。

传统铝基板在散热上的瓶颈

叶博士指出,业界惯用的MCPCB散热铝质基板,是由底部铝块与上层铜箔组,中间填导热胶(Adhesive)所组成。铜箔热阻0.001cm2‧K/W接近0,铝底层热阻为0.08cm2‧K/W,但导热胶热阻高达1cm2‧K/W,真实量测到的MCPCB热阻约2~4cm2‧K/W。从热传导观点来看,传统MCPCB底部的铝基板根本是多余的,与铜箔之间的导热胶通常也是硬质地材质,温度上升时会因为铜与铝涨缩系数不同,造成中间导热胶分层空隙而增加介面热阻。

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