光二极管(LED)二次散热技术简介
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１ ． １
２１ 年 ６ ００ 月
光 源 与 照 明
２ １ 年第 ２ ００ 期
外表面 ： ＝ （．～６０ 十 ． ………………・２ 五 ２５ ．） ４２ （）
（ ｗ／（ ５ ｍ。・Ｋ 。根据式 （ ）可知 ，对于 １Ｗ 的热 ） ３ 量 ，所需 的有效散热面积为 ：
注 ：１ ）氟碳 化合 物
铝 的导热 系数较 高 ，加 工性 能好 ，表 面处 理技术
成熟且成本低廉 ，现 阶段 主要通过 铝制散 热器进 行散
热 。铝制散热器表面处理技术成熟 ，可通 过阳极 氧化
Ｌ Ｄ寿命将减少一半 。 Ｅ Ｅ Ｌ Ｄ温度升高 ， 对发光效率 和 光源颜 色也会造成一定危害。 例如外量子提取率下降 、 主波长红移 、荧光粉效率降低等 。
导热系数 ，还应考虑材料表面的辐射率 ，并最大限度 地提高对流散热能力 ，由于对流热交换能力与散 热器 的结构息息相关 ，具有较大的设计 自由度 ，是散热设
Ａ ＝０／（ ・Ａ １ １ ＝１ ５ｘ３ ００ ５ ／（ ５） ．０ ７ｍ２ ＝５ ｍ２ … … … …… … … … … …… … … … （） ７ｃ … ４
式 中五为空气对流换热系数 ，单位 Ｗ／（ ・ ） ｍ Ｋ ；
为空气流速 ，单位 ｍ ｓ ／。
进行 Ｌ Ｄ二次散热设计 时 ， Ｅ 不仅需要考虑材料的
辐射能力相对较弱 ，在强制对流 中常可忽 略。 Ｌ Ｄ常采用 自然对流的方式进行散热 ， 因在于 Ｅ 原
低碳经济议题 的发起 ， Ｅ Ｌ Ｄ将 大规模 地进入了普通照 明市场 ，其经济产值 已超过百亿美元 。
Ｌ Ｄ的发光机理是靠 Ｐ Ｅ Ｎ结 中的电子在能带问跃 迁产生光 能 ，当它在外 加电场作用下 ，电子与空穴的 辐射复合发生 电致作用 将一部分能量转化 为光 能 ，而
芯片 的封装热沉到周 围的空气 。 于大多数 Ｌ Ｄ灯具 对 Ｅ
设计师来说 ，Ｌ Ｄ 封装厂商提供完整的 Ｌ Ｄ 封装 ： Ｅ Ｅ 芷 片及其热性能参数 ，不需要进 行一次散热设计 ，他们 的主要任务是进行符合工业造型 的二次散热设计 。 目前 ，限制 Ｌ Ｄ 照 明灯具 发展 的瓶颈主要有 两 Ｅ 个： 一个是成 本。Ｌ Ｄ光 源相 对于传 统光源来说 ，价 Ｅ 格还是偏高 ，但是 ，随着生产 工艺的进步 以及 国内企
通 照明市 场 ，成为新 照 明光源 。随着 哥本哈根会议和
射。通俗的说 ，热传导是将热量匀化或传导 到指定位
置； 热对流是将热源表面 的热量与介质 （ 常为空气 、 水 等）发生热交换 ，结果使表 面的温 度降低 ；热辐射是 将 热源的热量通过 波的形式 （ 紫外 线 、可见光线 、红 外线等 ）发散到周围的空间 中。 强制 对流时 ， 热传 导和对 流为主要 的热交换途径 ， 经过热传导 的方式将热量传导 到物体 （ 散热器）表面 ， 再通过 对流换 热的方式将热量发散到周 围介质 中，热
力相对有 了提高 ，往往不能忽略 。
表 １ 各种 冷 却技术 的 对流换 热 系数范 围
Ｌ Ｄ的散热技术主要包括一次散 热技术 和二次 散 Ｅ
热技术 。 一次散热技术指 Ｌ Ｄ 的芯片封装散热 ， 流 Ｅ 热
途径为 Ｌ Ｄ芯片传导到封装 片 的热沉之上 。 Ｅ 二次散 热技术指 Ｌ Ｄ照 明灯具 的散热设计 ， Ｅ 热流途径为 Ｌ Ｄ Ｅ
法和 二次 散热 新技 术等 。
关键 词
发光二 极 管 （ Ｅ 热 量 Ｌ Ｄ）
二次 散热
对流
辐 射
Ｏ引 言
热交换的三种基本方式为 ：热传导 、对 流和热辐
大功率 高亮 度发光 二极管 （ Ｅ 是 ２ 世纪最具 Ｌ Ｄ） １ 发 展前景 的一种新 型冷光 源。Ｌ Ｄ产 业是近年来被认 Ｅ 为最有潜力 的产业之一 ， 大家都 期待 Ｌ Ｄ能够进人普 Ｅ
１ Ｌ Ｄ 二 次 散 热 机 理 Ｅ
来提高表面辐射率 ，增加辐射热交换 。由于热交换 的 计算关联式很难给 出比较精确 的计算结果 ，并且使用 时很容易 出现错误 ，通 常情况下我们建议使用一些经 验数据 。空气对流系数的经验公式 ： 内表面 ：五 ２５ ． ………………………・ 与 ，Ｌ Ｄ成 本会逐 步下降。另一个瓶颈是 Ｅ 散热。由于 Ｌ Ｄ属于半导体发光器件 ， Ｅ 而半导体器件
随着 自身温度 的变化 ，其特性 会有 明显的变化 。对 于 Ｌ Ｄ，结温的升高会导致器件各方 面性能的变化与衰 Ｅ 减 。Ｌ Ｄ 的理论寿命能达到 十万小 时以上 ，实际使 Ｅ 用 中，Ｌ Ｄ 的结温一般都 比较高 ，统计表 明 ，７ ％的 Ｅ ０ Ｌ Ｄ器件失效是 由温度过高导致的 ， Ｅ 结温每升高 １ ℃ ， ０
无辐射复合产生 的晶格震荡将其余的能量转化为热能 。 Ｌ Ｄ设计 时 ，必须 注重它的散热技术 。 Ｅ
如果采用风扇强制对 流散热 ， 风扇的寿命 相对于 Ｌ Ｄ Ｅ 来说较短 ， 一旦风扇失效 ，整个 Ｌ Ｄ灯具也将失效 。 Ｅ 自然换热对 流的热交 换途径 与强制对流一样 ，由于对 流换热 系数不 高 （ 见表 １，对流作 用较弱 ，热辐射能 ）
２１ 年 ６ ００ 月
光 源 与 照 明
２ １ 年第 ２ ００ 期
发光二极 管（Ｅ ） Ｌ Ｄ 二次散热技术简介
饶连 江 南京 汉德 森科技 股 份有 限公 司 （ 南京 ２ ００ １００）
摘 要 发 光二 极管 （ Ｅ Ｌ Ｄ）以其 优 良的节 能 、环 保 、长寿 等性 能逐 渐渗 透到 普通 照 明领域 ，需 求量 急剧 升高 。Ｌ Ｄ 的发 展 速度 Ｅ 相 当惊人 ，但 其功 率 的 ８ ％Ｌ ￣转 化为 热量 ，所 以掌 握 Ｌ Ｄ散 热 技术 十分 重要 。文 中主要 讲 述 Ｌ Ｄ 二 次散 热 的机理 、工程 设计 方 ０ Ｅ Ｅ
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２１ 年 ６ ００ 月
光 源 与 照 明
２ １ 年第 ２ ００ 期
外表面 ： ＝ （．～６０ 十 ． ………………・２ 五 ２５ ．） ４２ （）
（ ｗ／（ ５ ｍ。・Ｋ 。根据式 （ ）可知 ，对于 １Ｗ 的热 ） ３ 量 ，所需 的有效散热面积为 ：
注 ：１ ）氟碳 化合 物
铝 的导热 系数较 高 ，加 工性 能好 ，表 面处 理技术
成熟且成本低廉 ，现 阶段 主要通过 铝制散 热器进 行散
热 。铝制散热器表面处理技术成熟 ，可通 过阳极 氧化
Ｌ Ｄ寿命将减少一半 。 Ｅ Ｅ Ｌ Ｄ温度升高 ， 对发光效率 和 光源颜 色也会造成一定危害。 例如外量子提取率下降 、 主波长红移 、荧光粉效率降低等 。
导热系数 ，还应考虑材料表面的辐射率 ，并最大限度 地提高对流散热能力 ，由于对流热交换能力与散 热器 的结构息息相关 ，具有较大的设计 自由度 ，是散热设
Ａ ＝０／（ ・Ａ １ １ ＝１ ５ｘ３ ００ ５ ／（ ５） ．０ ７ｍ２ ＝５ ｍ２ … … … …… … … … … …… … … … （） ７ｃ … ４
式 中五为空气对流换热系数 ，单位 Ｗ／（ ・ ） ｍ Ｋ ；
为空气流速 ，单位 ｍ ｓ ／。
进行 Ｌ Ｄ二次散热设计 时 ， Ｅ 不仅需要考虑材料的
辐射能力相对较弱 ，在强制对流 中常可忽 略。 Ｌ Ｄ常采用 自然对流的方式进行散热 ， 因在于 Ｅ 原
低碳经济议题 的发起 ， Ｅ Ｌ Ｄ将 大规模 地进入了普通照 明市场 ，其经济产值 已超过百亿美元 。
Ｌ Ｄ的发光机理是靠 Ｐ Ｅ Ｎ结 中的电子在能带问跃 迁产生光 能 ，当它在外 加电场作用下 ，电子与空穴的 辐射复合发生 电致作用 将一部分能量转化 为光 能 ，而
芯片 的封装热沉到周 围的空气 。 于大多数 Ｌ Ｄ灯具 对 Ｅ
设计师来说 ，Ｌ Ｄ 封装厂商提供完整的 Ｌ Ｄ 封装 ： Ｅ Ｅ 芷 片及其热性能参数 ，不需要进 行一次散热设计 ，他们 的主要任务是进行符合工业造型 的二次散热设计 。 目前 ，限制 Ｌ Ｄ 照 明灯具 发展 的瓶颈主要有 两 Ｅ 个： 一个是成 本。Ｌ Ｄ光 源相 对于传 统光源来说 ，价 Ｅ 格还是偏高 ，但是 ，随着生产 工艺的进步 以及 国内企
通 照明市 场 ，成为新 照 明光源 。随着 哥本哈根会议和
射。通俗的说 ，热传导是将热量匀化或传导 到指定位
置； 热对流是将热源表面 的热量与介质 （ 常为空气 、 水 等）发生热交换 ，结果使表 面的温 度降低 ；热辐射是 将 热源的热量通过 波的形式 （ 紫外 线 、可见光线 、红 外线等 ）发散到周围的空间 中。 强制 对流时 ， 热传 导和对 流为主要 的热交换途径 ， 经过热传导 的方式将热量传导 到物体 （ 散热器）表面 ， 再通过 对流换 热的方式将热量发散到周 围介质 中，热
力相对有 了提高 ，往往不能忽略 。
表 １ 各种 冷 却技术 的 对流换 热 系数范 围
Ｌ Ｄ的散热技术主要包括一次散 热技术 和二次 散 Ｅ
热技术 。 一次散热技术指 Ｌ Ｄ 的芯片封装散热 ， 流 Ｅ 热
途径为 Ｌ Ｄ芯片传导到封装 片 的热沉之上 。 Ｅ 二次散 热技术指 Ｌ Ｄ照 明灯具 的散热设计 ， Ｅ 热流途径为 Ｌ Ｄ Ｅ
法和 二次 散热 新技 术等 。
关键 词
发光二 极 管 （ Ｅ 热 量 Ｌ Ｄ）
二次 散热
对流
辐 射
Ｏ引 言
热交换的三种基本方式为 ：热传导 、对 流和热辐
大功率 高亮 度发光 二极管 （ Ｅ 是 ２ 世纪最具 Ｌ Ｄ） １ 发 展前景 的一种新 型冷光 源。Ｌ Ｄ产 业是近年来被认 Ｅ 为最有潜力 的产业之一 ， 大家都 期待 Ｌ Ｄ能够进人普 Ｅ
１ Ｌ Ｄ 二 次 散 热 机 理 Ｅ
来提高表面辐射率 ，增加辐射热交换 。由于热交换 的 计算关联式很难给 出比较精确 的计算结果 ，并且使用 时很容易 出现错误 ，通 常情况下我们建议使用一些经 验数据 。空气对流系数的经验公式 ： 内表面 ：五 ２５ ． ………………………・ 与 ，Ｌ Ｄ成 本会逐 步下降。另一个瓶颈是 Ｅ 散热。由于 Ｌ Ｄ属于半导体发光器件 ， Ｅ 而半导体器件
随着 自身温度 的变化 ，其特性 会有 明显的变化 。对 于 Ｌ Ｄ，结温的升高会导致器件各方 面性能的变化与衰 Ｅ 减 。Ｌ Ｄ 的理论寿命能达到 十万小 时以上 ，实际使 Ｅ 用 中，Ｌ Ｄ 的结温一般都 比较高 ，统计表 明 ，７ ％的 Ｅ ０ Ｌ Ｄ器件失效是 由温度过高导致的 ， Ｅ 结温每升高 １ ℃ ， ０
无辐射复合产生 的晶格震荡将其余的能量转化为热能 。 Ｌ Ｄ设计 时 ，必须 注重它的散热技术 。 Ｅ
如果采用风扇强制对 流散热 ， 风扇的寿命 相对于 Ｌ Ｄ Ｅ 来说较短 ， 一旦风扇失效 ，整个 Ｌ Ｄ灯具也将失效 。 Ｅ 自然换热对 流的热交 换途径 与强制对流一样 ，由于对 流换热 系数不 高 （ 见表 １，对流作 用较弱 ，热辐射能 ）
２１ 年 ６ ００ 月
光 源 与 照 明
２ １ 年第 ２ ００ 期
发光二极 管（Ｅ ） Ｌ Ｄ 二次散热技术简介
饶连 江 南京 汉德 森科技 股 份有 限公 司 （ 南京 ２ ００ １００）
摘 要 发 光二 极管 （ Ｅ Ｌ Ｄ）以其 优 良的节 能 、环 保 、长寿 等性 能逐 渐渗 透到 普通 照 明领域 ，需 求量 急剧 升高 。Ｌ Ｄ 的发 展 速度 Ｅ 相 当惊人 ，但 其功 率 的 ８ ％Ｌ ￣转 化为 热量 ，所 以掌 握 Ｌ Ｄ散 热 技术 十分 重要 。文 中主要 讲 述 Ｌ Ｄ 二 次散 热 的机理 、工程 设计 方 ０ Ｅ Ｅ