LED知識大全：LED散熱[附詳細(xì)圖表] (20110408)

1、led知識大全：led散熱附詳細(xì)圖表 導(dǎo)讀: led的散熱現(xiàn)在越來越為人們所重視，這是因為led的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)溫就高，壽命就短，依照阿雷紐斯法則溫度每降低10壽命會延長2倍。作者：茅于海 led的散熱現(xiàn)在越來越為人們所重視，這是因為led的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)溫就高，壽命就短，依照阿雷紐斯法則溫度每降低10壽命會延長2倍。從cree公司發(fā)布的光衰和結(jié)溫的關(guān)系圖（圖1）中可以看出，結(jié)溫假如能夠控制在65c，那么其光衰至70的壽命可以高達(dá)10萬小時！這是人們夢寐以求的壽命，可是真的可以實現(xiàn)嗎？是的，只要能夠認(rèn)真地處理它的散熱問題就有可能做到！遺憾

2、的是，現(xiàn)在實際的led燈的散熱和這個要求相去甚遠(yuǎn)！以致led燈具的壽命變成了一個影響其性能的主要問題，所以必須要認(rèn)真對待！圖1：光衰和結(jié)溫的關(guān)系(點擊圖片放大) 而且，結(jié)溫不但影響長時間壽命，也還直接影響短時間的發(fā)光效率，例如cree公司的xlamp7090xr-e的發(fā)光量和結(jié)溫的關(guān)系如圖2所示。圖2：結(jié)溫和發(fā)光量的關(guān)系(點擊圖片放大) 假如以結(jié)溫為25度時的發(fā)光為100%，那么結(jié)溫上升至60度時，其發(fā)光量就只有90%；結(jié)溫為100度時就下降到80%；140度就只有70%。可見改善散熱，控制結(jié)溫是十分重要的事。 除此以外led的發(fā)熱還會使得其光譜移動；色溫升高；正向電流增大（恒壓供電時）；反向

3、電流也增大；熱應(yīng)力增高；熒光粉環(huán)氧樹脂老化加速等等種種問題，所以說，led的散熱是led燈具的設(shè)計中最為重要的一個問題。 第一部分led芯片的散熱 一.結(jié)溫是怎么產(chǎn)生的 led發(fā)熱的原因是因為所加入的電能并沒有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是一部分轉(zhuǎn)化成為熱能。led的光效目前只有100lm/w，其電光轉(zhuǎn)換效率大約只有2030%左右。也就是說大約70%的電能都變成了熱能。 具體來說，led結(jié)溫的產(chǎn)生是由于兩個因素所引起的。 1內(nèi)部量子效率不高，也就是在電子和空穴復(fù)合時，并不能100都產(chǎn)生光子，通常稱為由“電流泄漏”而使pn區(qū)載流子的復(fù)合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉(zhuǎn)化為熱能，但這部分不

4、占主要成分，因為現(xiàn)在內(nèi)部光子效率已經(jīng)接近90。 2內(nèi)部產(chǎn)生的光子無法全部射出到芯片外部而最后轉(zhuǎn)化為熱量，這部分是主要的，因為目前這種稱為外部量子效率只有30左右，大部分都轉(zhuǎn)化為熱量了。 雖然白熾燈的光效很低，只有15lm/w左右，但是它幾乎將所有的電能都轉(zhuǎn)化為光能而輻射出去，因為大部分的輻射能是紅外線，所以光效很低，但是卻免除了散熱的問題。 二.led芯片到底板的散熱 led芯片的特點是在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生極高的熱量。而led本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導(dǎo)出去，否則就會產(chǎn)生很高的結(jié)溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，人們在led的芯片結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了很多改進(jìn)。 為了改善led

5、芯片本身的散熱，其最主要的改進(jìn)就是采用導(dǎo)熱更好的襯底材料。早期的led只是采用si硅作為襯底。后來就改為藍(lán)寶石作為襯底。但是藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性能不是太好，（在100c時約為25w/（m-k），為了改善襯底的散熱，cree公司采用碳化硅硅襯底，它的導(dǎo)熱性能（490w/（m-k）要比藍(lán)寶石高將近20倍。而且藍(lán)寶石要使用銀膠固晶，而銀膠的導(dǎo)熱也很差。而碳化硅的唯一缺點是成本比較貴。目前只有cree公司生產(chǎn)以碳化硅為襯底的led。圖3：藍(lán)寶石和碳化硅襯底的led結(jié)構(gòu)圖 采用碳化硅作為基底以后，的確可以大為改善其散熱，但是其成本過高，而且有專利保護(hù)。最近國內(nèi)的廠商開始采用硅材料作為基底。因為硅材料的基底

6、不受專利的限制。而且性能還優(yōu)于藍(lán)寶石。唯一的問題是gan的膨脹系數(shù)和硅相差太大而容易發(fā)生龜裂，解決的方法是在中間加一層氮化鋁（aln）作緩沖。（點擊放大）led芯片封裝以后，從芯片到管腳的熱阻就是在應(yīng)用時最重要的一個熱阻，一般來說,芯片的接面面積的大小是散熱的關(guān)鍵，對于不同的額定功率，要求有相應(yīng)大小的接面面積。也就表現(xiàn)為不同的熱阻。幾種類型的led的熱阻如下所示：早期的led芯片主要靠兩根金屬電極而引出到芯片外部，最典型的就是稱為5或f5的草帽管，它的散熱完全靠兩根細(xì)細(xì)的金屬導(dǎo)線引出去，所以散熱效果很差，熱阻很大，這也就是為什么這種草帽管的光衰很嚴(yán)重的原因。此外，封裝時采用的材料也是一個很重要

7、的問題。小功率led通常采用環(huán)氧樹脂作為封裝材料，但是環(huán)氧樹脂對400-459nm的光線吸收率高達(dá)45%，很容易由于長期吸收這種短波長光線以后產(chǎn)生的老化而使光衰嚴(yán)重，50%光衰的壽命不到1萬小時。因而在大功率led中必須采用硅膠作為封裝材料。硅膠對同樣波長光線的吸收率不到1%。從而可以把同樣光衰的壽命延長到4萬小時。 下面列出各家led芯片公司所生產(chǎn)的各種型號led的熱阻由表中可見，cree公司的led的熱阻因為采用了碳化硅作基底，要比其他公司的熱阻至少低一倍。大功率led為了改進(jìn)散熱通常在基底下面再放一塊可焊接的銅底板以便焊到散熱器上去。這些熱阻實際上都是在這個銅底板上測得的。 是不是碳化硅

8、就是led襯底的最佳選擇呢，不是這樣，任何事物都會有創(chuàng)新和發(fā)展的，最近臺灣的鉆石科技開發(fā)出了鉆石島外延片(diamondislandswafer，diw)做為生產(chǎn)超級led的基材。這種led的熱阻可以低至5c/w。用它制成的超級led可發(fā)出極強(qiáng)的紫外光，其強(qiáng)度不因高溫而降低，反而會更亮。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。圖4：采用類鉆碳(diamondlikecarbon，dlc)的鍍膜可以大大改善led的散熱圖5：用dlc鍍膜和鋁結(jié)合可以比其它結(jié)構(gòu)的led有更好的散熱特性 而且采用紫外線來激發(fā)各種熒光粉也可以得到所需要的各種顏色的led。而且熒光粉不是采用和環(huán)氧樹脂或硅膠混合的方法而是直接涂于芯片表面還可

9、以避免由于環(huán)氧樹脂和硅膠的老化而產(chǎn)生的光衰。 這將會使整個led產(chǎn)生革命性變化。而且擺脫了日美等國的專利束縛。三.集成led的散熱 現(xiàn)在有不少廠商把很多l(xiāng)ed晶粒集成在一起以得到大功率的led。這種led的功率可以達(dá)到5w以上，大多以10w，25w，和50w的功率等級出現(xiàn)。為了把多個led晶粒（以共晶（eutectic）或覆晶（flip-chip）封裝）連接在一起，因為這些晶粒極為精細(xì)，所以需要采用精確的印制電路進(jìn)行連接。為了得到更好的散熱特性，通常采用陶瓷基板。這種陶瓷基板是由氧化鋁和氮化鋁構(gòu)成。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)如下表所示。不論氮化鋁還是氧化鋁，它們都是一種絕緣的陶瓷材料，所以可以把印制電

10、路做在上面。但是氮化鋁具有高10倍的導(dǎo)熱系數(shù)，所以現(xiàn)在更常用氮化鋁。過去采用厚膜電路，但是其表面不平，電路邊緣毛糙，而且需要800c以上的燒結(jié)溫度?，F(xiàn)在大多采用薄膜電路，因為它只需要300度以下的工藝，表面平整度可以0.3um，不會有氧化物生成，附著性好，電路精細(xì)，誤差低于+/-1%。它實際上是采用照相刻蝕的方法來制作，采用氧化鋁為基底的薄膜電路制備的具體過程如下：圖6：薄膜電路的制備過程 采用氮化鋁的制作方法相同。 第二部分led燈具的散熱 前面講的是led芯片的散熱，然而任何led都會制成燈具，所以led芯片所產(chǎn)生的熱量最后總是通過燈具的外殼散到空氣中去。如果散熱不好，因為led芯片的熱容

11、量很小，一點點熱量的積累就會使得芯片的結(jié)溫迅速提高，如果長時期工作在高結(jié)溫的狀態(tài)，它的壽命就會很快縮短。然而這些熱量要能夠真正引導(dǎo)出芯片到達(dá)外部空氣，要經(jīng)過很多途徑。具體來說，led芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經(jīng)過焊料到鋁基板的pcb，再通過導(dǎo)熱膠才到鋁散熱器。所以led燈具的散熱實際上包括導(dǎo)熱和散熱兩個部分。現(xiàn)在先來看一下每一個環(huán)節(jié)的導(dǎo)熱性能。四.各種電路基板的導(dǎo)熱 在把led連接到散熱器之前，首先要把它們焊接到電路中去，因為首先要把這些led連接成幾串幾并，同時還要把他們和恒流源在電路上連接起來。最簡單的辦法是把它們直接焊接到普通印制板上去。對于一些很小功率的led，例如led

12、指示燈的確是可以這樣做的。但是對于大多數(shù)高亮度和高功率led來說，普通玻璃纖維印制板的導(dǎo)熱性能就顯得太差了，而必須改成用銅基板或鋁基板甚至陶瓷覆銅板。各種基板的性能如下：4.1鋁基板 目前幾乎絕大多數(shù)的led燈具中都采用了鋁基板。鋁基板上電路的銅箔為了要導(dǎo)電和導(dǎo)熱要有足夠的厚度和寬度，其厚度在35m-280m之間。其寬度最好盡可能布滿整個基板，以便把熱傳下去。而下面一層絕緣體則要求其絕緣性能很好，而且還要導(dǎo)熱性能很好。然而這兩個性能是矛盾的，通常都是導(dǎo)體的導(dǎo)熱性能好，而絕緣體的導(dǎo)熱性能差。又要導(dǎo)熱好又要絕緣好是很難做到的。也是一種科研的課題。目前采用的是一種摻有陶瓷填充物的改性環(huán)氧樹脂或環(huán)氧玻

13、璃布粘結(jié)片。通過熱壓把銅箔絕緣體和鋁板粘結(jié)起來。有一些led燈具，雖然散熱器是經(jīng)過精心設(shè)計，但是很快就壞，問題就是出在采用了熱阻很大的鋁基板或是剝離強(qiáng)度很差的鋁基板。用一段時間，電路薄膜就翹了起來，也就完全無法導(dǎo)熱，很快就燒壞led。 對于優(yōu)質(zhì)鋁基板通常要求其熱阻小于1c/w。下表是某種鋁基板的規(guī)格：國外和臺灣已經(jīng)能夠生產(chǎn)一種“全膠鋁基板”。所謂全膠是指它的絕緣層完全不用絕緣布，而是用一種絕緣膠。采用絕緣布的鋁基板的熱阻實際上通常在1.7-3.2c/w。而采用全膠的鋁基板的熱阻可以做到0.05c/w，市場出售的商品也可以低至0.2-0.5c/w。 一種性能更好的鋁基板是采用直接在鋁板上生成陶瓷

14、印制電路。先在鋁的表面用微弧氧化生長一層100m厚的氧化鋁薄膜，再用濺射或絲網(wǎng)印刷制作電路層。采用這種方法的最大優(yōu)點是結(jié)合力強(qiáng)，而且導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2.1w/m.k，而且氧化層的熱膨脹系數(shù)和鋁差不多，所以它的剝離強(qiáng)度高達(dá)5n/mm以上。只是因為這種陶瓷鋁基板的加工制造過程復(fù)雜，成本高，所以還很少采用。 雖然鋁基板只是一種特殊的印制板，但是它卻承擔(dān)著很重的散熱任務(wù)，不僅絕緣層的導(dǎo)熱要好，粘結(jié)要牢，而且它的外形還必須和散熱器的外形配合，例如，在路燈里，通常是長方形的外形，在射燈中，通常是圓形的，而在日光燈中，通常是長條形的。為了得到更好的導(dǎo)熱性，也有時采用導(dǎo)熱更好的銅基板，只是其價錢要更貴。而且最后還

15、是要連接到鋁制散熱器上去。有可能會產(chǎn)生熱膨脹系數(shù)不同而裂開的問題。4.2導(dǎo)熱膠和導(dǎo)熱雙面膠帶 鋁基板雖然已經(jīng)解決了從led連接到以鋁板為基板的電路上，可以把熱傳遞到鋁板上，但是遺憾的是，這個鋁板往往還不是最終的散熱器，通常還要把這個鋁板連接到真正的散熱器上去。最簡單的方法就是用鉚釘或螺釘?shù)姆椒ㄟB接到散熱器。但是這種方法往往會形成空氣隙，而很小的空氣隙產(chǎn)生的熱阻會比其他熱阻大幾十倍。因為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.023w/mk。所以必須涂上導(dǎo)熱膠來填充空隙。一般的導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)大約在1-2w/mk。 但是導(dǎo)熱膠必須要流動性好，不然的話由于涂抹不均勻仍然會產(chǎn)生氣隙，可能比不用還壞。導(dǎo)熱膠的另一個缺點

16、是本身的粘性不足以把鋁基板固定在鋁散熱器上。 所以另一種方法是采用有很強(qiáng)黏結(jié)性而又導(dǎo)熱的雙面膠片。這種導(dǎo)熱膠片是使用丙烯系列材料制造出來帶有粘性的熱傳導(dǎo)片，它是屬于有粘性和低熱抵抗的散熱材料。而且具備熱傳導(dǎo)性和柔軟性，可以緊貼零件上的凹凸部位，從而防止了氣隙的存在。導(dǎo)熱硅膠片的導(dǎo)熱系數(shù)通常在2-3w/mk之間。它的抗拉強(qiáng)度可達(dá)8kg/cm2。足以黏結(jié)鋁基板和鋁散熱器。耐壓可達(dá)4kv/mm。 4.3柔性印制板 從鋁基板的構(gòu)造人們一定會產(chǎn)生這樣的疑問，為什么印制電路要先粘到一個薄鋁板上而不是直接粘到散熱器上？這樣還可以省去鉆孔、涂導(dǎo)熱膠、擰螺釘?shù)裙ば?，而且還可以省掉導(dǎo)熱膠的熱阻。主要原因是散熱器的

17、形狀一般不是簡單的平面，要熱壓黏結(jié)比較困難，而且散熱器是由燈具廠設(shè)計制造的，而鋁基板則是由印制板廠制造的。解決這個問題的方法是采用柔性印制板再貼到鋁散熱器上去。 4.4led直接焊到鋁散熱器上去。這是一種更為革命的徹底解決方法。對于1w以上的大功率led，通常它的散熱銅底板是和兩個電極是絕緣的。為了使它能夠更直接散熱，最好把它的散熱底板直接和散熱器焊接在一起?？墒且话愕纳崞鞫际卿X合金制成的，是無法焊接的。如果采用銅散熱器當(dāng)然可以解決這個問題，但是無論是價錢和重量都是無法接受的。一個簡單的解決方法是在鋁散熱器上噴鍍銅。然后再在柔性印制板上打洞，使得led的銅底板直接暴露在散熱器面上，然后采用低

18、溫焊錫進(jìn)行焊接。這種方法可以免除掉鋁基板的熱阻和導(dǎo)熱硅膠或硅片的熱阻。從而大大提高了散熱效率?？傊?，led到散熱器之間的界面越少越好。 五.熱管導(dǎo)熱 在很多場合需要把led所產(chǎn)生的熱量以最快的速度傳送到散熱器，這在采用集成式的單片大功率led中尤其重要，因為它的熱量很大（功率可達(dá)50w-100w）又很集中（有時只有30mm），這時候就必須采用熱管散熱。 熱管也稱為相變導(dǎo)熱器，因為在其中的液體從液相變?yōu)闅庀喽鴮?dǎo)熱。它的熱阻非常小，大約只有0.065c/w。圖7：熱管導(dǎo)熱原理 其內(nèi)壁采用銅粉燒結(jié)，以利于變回液相的載熱體吸附其上而回流。然而，熱管只能把熱傳送到遠(yuǎn)端，而并沒有把熱量散發(fā)到空氣中去。所以

19、即使采用熱管，還是需要有普通的鋁散熱器把熱量散發(fā)出去。再次要提醒注意的是，采用銅熱管以后，要特別注意它和前端的鋁基板以及后端的鋁散熱器的結(jié)合部一定要互相緊密地接觸并防止由于熱膨脹系數(shù)的不同而脫開。在其結(jié)合部要采用高質(zhì)量的導(dǎo)熱硅膠涂敷。 導(dǎo)熱效果更好的是回路熱管圖8：回路熱管 回路熱管的最大優(yōu)點就是它的不需要外加動力裝置就可以循環(huán)導(dǎo)熱、導(dǎo)熱距離長，傳送功率大（幾百瓦），形狀多樣性和不受重力要求的限制，也就是說它可以任意放置。臺灣的陽杰科技公司采用了回路熱管技術(shù)以后，150w的led路燈重量只有8.5公斤，100w的led路燈，重量只有5.5公斤。六系統(tǒng)的熱阻 各部分的導(dǎo)熱能力也可以用系統(tǒng)的熱阻來

20、說明，一個led燈具的結(jié)構(gòu)圖見圖9。圖9：led燈具的散熱結(jié)構(gòu)圖 從圖中可以看出，led芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經(jīng)過焊料到鋁基板的pcb，再通過導(dǎo)熱膠才到鋁散熱器。而要定量地了解led芯片的散熱過程，最好利用熱阻的概念。熱量就好像電荷，熱量流動起來就好像電流，流動的過程中會遇到阻力，就好像電阻，在這里我們稱之為熱阻。熱阻的單位為每瓦多少度（c/w），也就是每流過1瓦的功率會上升多少度。如果知道所需耗散的功率，又知道其熱阻，就可以知道它的溫升是多少。熱阻越大，熱量越流不動，溫升就越高，熱阻越小，熱量流動越快，溫升就越小。圖中表明熱量從led芯片流出到空氣需要經(jīng)過很多不同的熱阻：

21、rj1：從芯片到安裝底板的熱阻（也就是芯片的熱阻） rj2：焊料的熱阻 rj3：鋁基板的熱阻 rj4：導(dǎo)熱硅膠的熱阻 rj5：從散熱器到空氣的熱阻 所以從芯片到空氣的總熱阻就應(yīng)該是： rja=rj1+rj2+rj3+rj4+rj5 只要知道從芯片到空氣的全部熱阻，就可以根據(jù)需要耗散的功率pd，計算出結(jié)溫來，知道了結(jié)溫也就可以知道其壽命了。 假定環(huán)境溫度為ta，那么結(jié)溫為： tj=pd（rj1+rj2+rj3+rj4+rj5）+ta 然而實際的led燈具，從led芯片到空氣所經(jīng)過的熱阻要遠(yuǎn)比這個多很多，例如，通常薄膜印制板是安裝在鋁基板上，鋁基板再安裝到鋁散熱器上，其間還要涂上導(dǎo)熱膠，導(dǎo)熱膠的厚

22、度很難估計，而且其中還有殘存的氣隙。對于采用熱管的燈具，則還要考慮熱管和散熱鰭片之間的空隙和導(dǎo)熱膠的熱阻等問題。 而且最難估算的是rj5，也就是散熱器到空氣的熱阻。這牽涉到很多有關(guān)對流和輻射的散熱機(jī)制問題。 需要注意的是在計算led的散熱時，經(jīng)常犯的一個錯誤是把led的全部功率當(dāng)成是其耗散功率pd。例如，一個1w的led，其正向電壓是3.3v，正向電流是350ma。于是就把這二者的乘積1.155瓦作為其耗散功率。這是錯誤的。因為這只是其輸入功率，而不是其耗散功率。有一部分輸入功率變成了有用的光發(fā)射出去了。需要作為熱來耗散的那部分，應(yīng)當(dāng)是輸入功率減去以有用光的形式發(fā)射出去的那部分，才是需要作為熱

23、而耗散的那部分。不過這部分比較難計算。一般來說，因為led的發(fā)光效率有所不同，而這個耗散功率也有所不同。一般來說，可以作如下的近似：發(fā)光效率為100lm/w，其耗散功率應(yīng)為70%輸入功率，對于上面所說的1w的led，也就是1.155x0.7=0.8w變成無用的熱需要散發(fā)出去。 那么是不是知道了所有各部分的熱阻，我們就可以知道這個led燈具的總熱阻，也就可以知道led芯片的結(jié)溫，也就可以知道這個燈具的壽命了呢？ 情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是那么簡單，雖然我們可以仔細(xì)分析每一部分的熱阻，甚至還可以得到比較精確的數(shù)字，但是還是有很多重要的因素被我們忽略掉了。因為上面的這個模型只不過是單個led的燈具的模型，而實際的

24、燈具要比這個模型復(fù)雜很多。 1led的分布。在很多情況下，led燈具里是由很多顆led所構(gòu)成而不是只有一個led?？赡芩羞@些led都焊在一塊鋁基板上。這時候如果只用標(biāo)準(zhǔn)的鋁基板的熱阻來計算整個燈具的熱阻就會有很大的出入。因為每個led的散熱會受到周圍led所發(fā)出的熱影響。換句話說，這時鋁基板的熱阻是很難計算的。 2其他熱源的影響，例如led的恒流電源就是重要的發(fā)熱源，假如這個發(fā)熱源靠近某些led，那么就會明顯降低這些led的散熱而縮短其壽命。也相當(dāng)于改變了其熱阻。 3熱阻實際上只考慮了熱傳導(dǎo)，而根本沒有考慮熱對流和熱輻射。熱量從led芯片出發(fā)，經(jīng)過了一系列不同材質(zhì)傳導(dǎo)，最后到達(dá)鰭片散熱器。這

25、些熱量最后都要散發(fā)到空氣中去。如果散發(fā)不到空氣中，那么這些熱量也會越積越多，導(dǎo)致結(jié)溫的升高。所以可以說，最后鰭片散熱器散到空氣中的這一環(huán)節(jié)，是最關(guān)鍵的一環(huán)，是最復(fù)雜的一環(huán)，也是最難計算的一環(huán)。或者說rj5基本上是無法用簡單的計算就能算出來的。這就使得要通過所有部件的熱阻來計算出led的結(jié)溫幾乎是不可能的事。 七散熱器的設(shè)計 要談到散熱器，有一個概念先要搞清楚，就是導(dǎo)熱和散熱的區(qū)別。導(dǎo)熱就是要把熱量最快地從發(fā)熱源傳送到散熱器表面，而散熱則是要把熱量從散熱器表面散發(fā)到空氣中去。首先要把熱最快的導(dǎo)出來，然后要最有效地散到空氣里去。因為不管采用什么方法散熱，最后還是只能把熱量散發(fā)到空氣中。而熱量的散發(fā)

26、只有兩種途徑：對流和輻射。 7.1對流散熱和輻射散熱 對于對流散熱來說，其基本公式如下： q=hat 其中q為散去的熱量，h為熱對流系數(shù)，a為散熱器的散熱面積，t為散熱器表面和附近空氣之間的溫度差。 更形象一點，可以用圖10來表示：圖10：基于對流的散熱量的計算 鰭片的散熱主要是靠對流和輻射，這其中對流是最重要的。這兩部分都取決于鰭片的總面積。面積越大，散熱效果越好。然而，對流散熱則不完全取決于鰭片面積的大小，而且還和風(fēng)力風(fēng)向有關(guān)，在完全無風(fēng)的狀態(tài)下，則和自然對流的阻力有關(guān)。例如假如為了防塵和防鳥屎堆積，鰭片朝下安裝，那么鰭片兩端不能堵住，而且燈具要么向下傾斜要么向上傾斜，可以讓熱空氣能夠順暢

27、地流動。 熱輻射的散熱公式為“q=esf(tatb)”。公式中q代表熱輻射所交換的能力，e是物體表面的熱輻射系數(shù)。在實際中，當(dāng)物質(zhì)為金屬且表面光潔的情況下，熱輻射系數(shù)比較小，而把金屬表面進(jìn)行處理后（比如發(fā)黑）其表面熱輻射系數(shù)值就會提升。塑料或非金屬類的熱輻射系數(shù)值大部分都比較高。s是物體的表面積，f則是輻射熱交換的角度和表面的函數(shù)關(guān)系，但這里這個函數(shù)比較難以解釋。(tatb)則是表面a的溫度同表面b之間的溫度差。因此熱輻射量和熱輻射系數(shù)、物體表面積的大小以及溫度差之間都存在正比關(guān)系。絕對黑體的輻射系數(shù)為1。熱輻射散熱也可以用另一個公式來表示： 由表中可見，氧化處理是改進(jìn)材料的輻射散熱的重要途徑

28、。采用鑄鐵的暖氣片有相當(dāng)一部分的散熱靠的是輻射散熱。而且塑料的熱輻射性能和氧化后的金屬差不多。 為了改進(jìn)輻射散熱，鋁合金鰭片散熱器要進(jìn)行發(fā)黑處理，但是有人是采用噴黑色塑膠漆的方法，這種方法雖然也使其表面變黑，但是實際上又加上了一層絕緣層，妨礙了它的散熱。最好的方法是采用陽極氧化發(fā)黑處理，這個氧化層可以做得很薄，不至于影響其散熱，但對輻射散熱有很大的改進(jìn)。 總之，不管是對流還是輻射都是和散熱器的散熱面積成正比，所以要改善散熱一定要加大散熱器的面積。八鰭片散熱器 散熱器采用鰭片的形狀是為了加大散熱面積。以利于輻射散熱和對流散熱。散熱器的最重要指標(biāo)就是它的散熱面積a，但是散熱器的不同部位的散熱效果是

29、不同的。在根部的散熱效果就差，而在頂部的散熱效果就好。所以散熱器有一個有效散熱面積。它通常是實際面積的70%左右。從經(jīng)驗得出，一般要散1w功率的熱量大約需要50-60平方厘米的有效散熱器面積。圖11：結(jié)溫和長度的關(guān)系 而散熱器的材料通常是用鋁合金，和銅相比，雖然其熱傳導(dǎo)只有銅的一半，但是它重量輕、易加工、價格便宜，所以還是廣泛地應(yīng)用于散熱器之中。 為了加大散熱面積，通常會采用增加高度的方法。但是，高度增加到一定程度以后其作用會越來越小。圖12表明增加高度對于降低結(jié)溫的影響的一個例子。圖12：led結(jié)溫隨散熱器的高度增加而降低 由圖中可以看出，高度增加到40mm以后，結(jié)溫的降低就很慢了。 加大長度也是加大面積的一個方法。但是并不是長度越長越好。 由圖中可知，長度增加到一定程度以后，結(jié)溫不但不再降低，反而會升高。這是因為空氣在沿長度方向的流動受到阻礙所致(主要對于垂直放置的鰭片為如此)。 所以對于散熱器來說，除了加大面積以外，如何加速空氣的對流是很重要的事，尤其是像led路燈這類安裝在室外的路燈更為重要。由于室外的風(fēng)向是不定的，為了在各種風(fēng)向情況下都能有很好的