从LED散热技术探讨LED路灯光衰问题.doc

1、從 LED 散 熱 技 術 探 討 LED 路 燈 光 衰 問 題作 者 冠 品 化 學 研 發 部 - 葉 聖 偉 博 士目 前 大 陸 LED 路 燈 成 長 率 高 於 各 國 ， 據 統 計 預 測 2010 年 仍 將 雄 踞 全 球市 場 第 一 。 去 年 中 國 大 陸 科 技 部 定 案 的 十 城 萬 盞 半 導 體 照 明 應 用 工程 試 點 政 策 ， 雖 說 是 透 過 中 央 政 策 創 造 出 市 場 需 求 的 經 濟 發 展 典 範 ， 但 是 就廠 商 實 際 接 案 的 第 一 線 回 應 卻 不 如 預 期 。 政 策 與 市 場 的 落 差 ， 除

2、了 LED 標 準 尚 未 全 然 規 範 可 供 廠 商 遵 循 外 ， 另 一個 潛 伏 的 技 術 問 題 就 是 LED 路 燈 嚴 重 光 衰 ， 導 致 安 裝 不 到 一 年 的LED 路 燈 無 法 通 過 使 用 單 位 認 證 驗 收 。 前 述 的 LED 標 準 規 範 統 一 制 定問 題 ， 已 有 可 能 在 近 期 內 擬 訂 定 案 ， 至 於 LED 路 燈 嚴 重 光 衰 就 需要 從 LED 散 熱 技 術 的 根 本 來 解 決 。LED 路 燈 光 衰 竭 的 成 因 探 討溫 度 其 實 就 是 LED 路 燈 光 衰 的 關 鍵 問 題 ， 偏

3、偏 LED 路 燈 就 卡 在 這 個 環節 。 LED 路 燈 由 於 發 光 功 率 大 於 家 用 燈 具 ， 因 此 廠 商 在 散 熱 基 板 鰭 片 、 散 熱模 組 的 設 計 上 費 盡 苦 心 ， 組 裝 完 畢 需 在 燈 具 散 熱 模 組 外 面 ， 加 烤 漆 保 護 以 防氣 候 侵 蝕 。 不 料 這 個 外 部 保 護 的 噴 漆 卻 把 散 熱 模 組 的 熱 度 又 封 了 回 去 ， 造 成散 熱 不 良 導 致 LED 磊 晶 光 衰 。放 大LED 路 燈 嚴 重 光 衰 的 問 題 ， 需 要 從LED 散 熱 技 術 的 根 本 來 解 決 。LE

4、D 磊 晶 發 光 熱 能 屬 於 小 範 圍 的 集 中 熱 能 ， 在 高 功 率 路 燈 的 應 用 時 ， 電 力 輸入 功 率 也 大 ， LED 的 介 面 溫 度 相 當 的 高 ， 在 路 燈 長 時 間 持 續 工 作 下 ， 散 熱模 組 如 不 能 有 效 散 熱 ， 就 會 影 響 LED 使 用 壽 命 及 發 光 表 現 ， 像 目 前 的LED 路 燈 嚴 重 光 衰 就 是 這 些 因 素 所 造 成 。 LED 路 燈 是 在 戶 外 使 用 ， 有 環境 氣 候 的 干 擾 因 素 ， 所 以 多 半 的 廠 商 是 將 LED 路 燈 散 熱 器 外 殼

5、以 陽 極 處理 保 護 ， 或 是 加 噴 烤 漆 ， 以 避 免 酸 鹼 物 質 的 侵 蝕 。 陽 極 處 理 的 壽 命 不 長 ， 時日 稍 久 還 是 會 氧 化 變 色 ， 如 果 要 拆 下 重 工 ， 不 但 耗 時 耗 工 也 會 增 加 維 護 成 本 ；烤 漆 保 護 成 本 較 低 ， 保 護 的 功 效 也 好 ， 但 是 一 般 烤 漆 沒 有 散 熱 功 能 ， 漆 體 本身 會 形 成 阻 隔 作 用 ， 等 於 是 加 大 LED 路 燈 散 熱 器 的 熱 阻 抗 ， 不 但 沒 有 幫助 ， 反 而 因 為 把 熱 能 封 鎖 在 散 熱 器 內 ， 讓

6、 LED 磊 晶 發 光 功 率 降 低 ， 最 後就 導 致 嚴 重 光 衰 。 以 上 一 直 在 LED 燈 具 業 界 存 在 的 嚴 重 困 擾 ， 幾 乎 是 目前 公 共 工 程 LED 路 燈 無 法 順 利 通 過 採 購 單 位 驗 收 的 主 因 。LED 路 燈 光 衰 竭 的 解 決 建 議要 解 決 這 些 既 存 問 題 ， 建 議 路 燈 廠 商 廠 商 從 基 本 材 料 上 著 手 ， 從 根 本 由 內 而外 的 解 決 高 功 率 LED 熱 源 問 題 。 舉 例 來 說 在 發 光 元 件 與 鋁 基 板 的 黏 合 時 ，導 熱 膠 就 扮 演 關

7、 鍵 角 色 ， 有 些 廠 商 以 為 導 熱 膠 膜 或 導 熱 膠 墊 的 導 熱 系 數 要 好 ，膜 厚 要 越 厚 越 好 ， 卻 沒 想 熱 阻 問 題 。 導 熱 系 數 再 好 ， 碰 到 膜 厚 的 熱 阻 也 沒 用 。更 何 況 導 熱 膠 膜 或 軟 質 導 熱 墊 片 ， 並 不 能 真 正 的 與 基 板 密 合 ， 貼 合 面 其 實 存在 著 許 多 孔 隙 。 這 些 孔 隙 在 電 子 顯 微 鏡 下 觀 看 ， 就 像 是 空 洞 的 氣 穴 ， 也 就 是另 一 種 形 式 的 熱 阻 質 。 在 這 麼 多 干 擾 熱 傳 導 的 熱 阻 存 在 之

8、 下 ， 散 熱 導 熱 的 效率 無 形 中 就 被 降 低 了 。熱 阻 要 低 要 用 對 導 熱 膠 ， 推 薦 網 印 施 工 的 軟 陶 瓷 導 熱 膠 。 網 印 施 工 的 軟 陶 瓷導 熱 膠 不 同 於 傳 統 的 貼 合 式 導 熱 膠 膜 ， 軟 陶 瓷 導 熱 膠 是 軟 質 半 液 態 ， 在 網 印機 刮 刀 塗 佈 於 鋁 基 板 時 ， 導 熱 粒 子 會 滲 入 基 板 表 面 的 孔 隙 並 予 填 補 到 滿 。 這樣 就 會 形 成 一 個 完 全 平 整 沒 有 孔 隙 的 平 面 ， 與 LED 磊 晶 載 板 黏 合 時 會 完全 的 密 合 。

9、 這 樣 一 來 就 把 熱 阻 減 少 到 最 低 程 度 ， 熱 度 就 能 迅 速 的 被 傳 導 出 去 ，自 然 就 降 低 了 LED 晶 粒 的 環 境 溫 度 ， 也 延 長 磊 晶 的 壽 命 以 及 大 幅 延 緩 光 衰的 發 生 。 此 外 由 於 網 印 施 工 的 軟 陶 瓷 導 熱 漆 具 有 延 展 性 ， 在 高 溫 烘 烤 或 回 焊時 ， 會 隨 著 鋁 基 板 的 熱 脹 冷 縮 一 起 變 化 ， 應 力 非 常 小 ， 不 會 造 成 鋁 基 板 彎 翹 ，更 不 會 爆 板 。在 LED 燈 具 的 外 部 保 護 推 薦 採 用 LED 燈 具

10、軟 陶 瓷 散 熱 漆 。 這 種 噴 塗 式 軟陶 瓷 散 熱 漆 可 直 接 噴 塗 於 LED 燈 具 外 部 ， 施 工 操 作 簡 便 ， 可 適 應 各 種 形狀 的 散 熱 結 構 ， 也 可 調 整 成 不 同 色 彩 ， 因 應 景 觀 設 計 的 需 求 。 噴 塗 式 散 熱 漆內 的 軟 陶 瓷 粒 子 ， 是 經 過 奈 米 化 處 理 ， 粒 子 細 微 不 僅 易 於 噴 槍 操 作 ， 也 讓 同一 塗 佈 面 積 上 的 導 熱 粒 子 又 多 又 密 集 ， 讓 溫 度 揮 發 透 散 的 面 積 也 變 大 ， 讓LED 燈 具 的 熱 能 迅 速 的 傳

11、 導 出 去 。 軟 陶 瓷 散 熱 漆 屬 於 熱 固 型 材 料 ， 符 合RoHS 環 保 安 全 規 範 ， 施 工 程 序 簡 便 也 無 需 任 何 特 殊 機 具 ， 經 過 烘 烤 後 熱 固 ，可 長 時 間 承 受 LED 的 高 溫 不 會 有 質 變 問 題 。 在 戶 外 使 用 的 LED 路 燈 、景 觀 燈 、 或 是 LED 廣 告 看 板 、 也 都 會 面 臨 風 吹 雨 打 、 酸 雨 鳥 糞 、 空 氣 粉 塵 、黑 煙 排 放 等 等 的 酸 鹼 侵 害 。 所 以 這 種 噴 塗 式 軟 陶 瓷 散 熱 漆 一 定 要 具 備 抗 酸鹼 的 特 性

12、 ， 目 前 的 抗 酸 鹼 值 幅 度 在 PH 3 11， 可 以 有 效 保 護 LED 戶外 燈 具 外 觀 不 被 侵 蝕 。LED 燈 具 的 成 本 結 構 隨 著 封 裝 技 術 、 載 板 設 計 、 散 熱 模 組 結 構 的 精 進 發 展 ，品 質 不 斷 的 提 升 ， 成 本 也 隨 著 技 術 發 展 及 市 場 需 求 而 下 降 。 但 是 投 入 在 材 料改 進 的 廠 商 還 不 多 ， 這 主 要 是 跟 台 灣 工 商 發 展 的 歷 程 與 習 性 相 關 。 台 灣 廠 商長 於 製 程 與 設 計 ， 在 材 料 基 礎 研 發 上 著 墨 較

13、 少 。 所 以 在 解 決 技 術 問 題 或 降 低成 本 等 議 題 上 ， 比 較 偏 向 採 購 思 維 或 是 生 管 思 維 。 但 是 美 日 廠 商 在 第 一 時 間點 ， 會 從 應 用 材 料 上 去 思 考 ， 從 創 新 的 角 度 去 降 低 成 本 ， 提 升 品 質 及 增 加 獲利 。台 灣 LED 產 業 的 產 值 高 居 全 球 前 二 名 ， 在 全 球 暖 化 節 能 減 碳 的 共 同 議 題 下 ，實 有 機 不 可 失 的 產 業 優 勢 。 台 商 如 能 掌 握 現 階 段 的 優 質 生 產 技 術 ， 先 進 的 製程 ， 再 加 以 材 料 的 研 發 改 進 ， 極 有 可 能 在 繼 電 腦 產 業 之 後 ， 成 為 LED應 用 領 域 的 龍 頭 。 時 值 2010 年 之 始 ， 在 可 預 見 的 一 、 二 年 之 內 ， 將 可 看見 LED 燈 具 產 業 進 入 經 濟 規 模 ， 這 也 正 是 我 們 台 灣 廠 商 要 掌 握 住 的 關 鍵 契 機 。