系统电路板的散热系统分类 - 简要分析LED灯具的散热设计

　　系统电路板的后端结合着散热系统进行散热，散热系统可分为主动式散热和被动式散热，主动式散热包含风扇强制散热和磁力喷流散热，被动式散热包含自然对流散热、回路热管散热，其下将一一介绍：

　　1. 风扇强制散热：

　　风扇强制散热顾名思义就是藉由风扇产生空气对流，将热空气导出灯具本体外来进行散热，使用风扇强制散热可以非常有效的将热排出，在计算机、冷气及汽车中都以风扇进行强制散热，目前鑫源盛科技的S01 Glory Series LED路灯系列即采用风扇强制散热技术。

　　2. 电磁喷流散热：

　　电磁喷流散热不使用风扇扇叶产生气流，其结构为一具有薄膜之中空腔体，其利用电磁或压电驱动器以每秒100~200次的频率振荡薄膜，促使薄膜进行上下振荡，随着薄膜的上下位移，空气会流入中空腔体再行喷出，喷出后的气流会带动周边空气产生涡流现象，强化空气对流能力，目前已应用于GE 27W Energy Smart LED球泡灯。

　　3. 自然对流散热：

　　自然对流散热是透过散热器（例如：散热鳍片、灯具灯壳、系统电路板等） 和空气进行直接接触，散热器周边的空气因吸收热量成为热空气，接着热空气上升，冷空气下降，自然就会带动空气产生对流，达到散热的效果。随着高功率灯具产品的推出，使用自然对流散热需有较大的散热表面积，故散热鳍片因应而生，多数加装于灯具背面，提供较大的散热面积，强化对流散热的效果，阳全光电之LED天井灯即采用鳍片自然散热技术。

　　散热鳍片的使用虽增加散热效果，但也增加了灯具的整体重量和成本，更增添了立杆型灯具安全悬挂的风险，此外，LED灯具常面临落尘堆积等问题，一旦经过长时间的使用，过多的脏污、灰尘累积于散热鳍片，将弱化散热能力，相较之下部分业者选择将散热鳍片设计与灯具发光面同向（向下散热），彻底避免了落尘堆积的问题，市面上由鑫源盛科技所生产的多款LED路灯（例如：S02 Orra Series、S06 Fudo Series）即采用向下自然散热设计方式。

　　4. 回路热管散热：

　　此种散热方法是透过循环式的热管进行散热，回路管的两端为系统电路板（热源处）和散热器，回路管的内部则充填着工作流体，并配有蒸发器，其工作原理为：当系统电路板传来热能时，热源处的工作流体吸收热量后，经蒸发器转变为气体，利用气体移动快速的特性，热源处的热量可快速传导到灯壳或散热器，因此回路热管散热仅解决热传导问题，无法有效达到“散热”功能。

　　

　　表2  灯具散热系统介绍

　　在灯具设计上，散热鳍片和外灯壳因暴露于空气中，为避免氧化多经过阳极处理，近年有厂商推出软陶瓷散热漆用于取代阳极处理程序，并宣称其热阻值接近金属，能达到加速导热的效能，然其成效未知，尚待业界同仁的使用与经验分享。

　　截至目前为止，上述探讨的都是热传导和热对流两种方式，目前有厂商宣称其陶瓷散热基板可利用远红外线型式将热辐射散出，进行远距离传热，并宣称可用于取代LED芯片基板后端的导热金属（散热鳍片、金属灯壳），达到成功散热和减轻灯具重量的成效，此技术之散热效能若真如厂商所言，也将为LED灯具的散热设计带来重大的进展。

　　结论

　　部分市售LED灯具的散热设计容易忽略掉一些细节，例如忽视热传导的均温性，即散热鳍片的温度分布严重不均匀，导致其中一部分的鳍片对散热作用有限，甚至没有发挥散热效果。有些设计错误则会带来危险性，尤其是LED路灯通常装设于8-12米的杆高，如果散热器重心设计不佳，可能导致重量与风阻过大，危险性增加，当遇到台风或地震将有可能导致严重意外。

　　鑫源盛科技管新宁副董事长曾经说过：“做为一个高科技节能照明产业的从业人员必须认清，良好的LED灯具散热（包含热传导、均温性、热交换等）必需以复杂的热传学基础硬理论为依归，必须正视LED路灯的性能，必须要有科学的数据及理论做支撑、完善的系统设计方法为方针、良好的制程为基础，最后再以第三公正单位的检测报告为依据，这样才不会一再发生光衰退货阻碍产业发展的恶性循环”。

　　LED照明市场成长非常迅速，预计在2015年将达到200亿美元的市场规模，此外，由于日本电价高且受到311福岛地震的影响，更加加速LED灯具的需求骤增。***的LED产业链完善，整体产能亦高居亚洲第二。因此，如何在争取市场的同时审慎评估自身产品的质量、研发和制程能力，做好LED灯具的散热设计经得起时间和环境考验，这些都是业者必须严格自我规范的重点。