提高LED部件散热性能的方法探讨

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在芯片、液晶面板、各种电子部件的配置等诸多看点中，让笔者感受到“真是下了工夫”的地方是散热措施。使用导热管、散热片、均热板等，让容易发热的部件释放出热量，每种产品使用的方法都有着自己的特点，体现了开发者的设计思路。
现在，有一家材料企业正努力在这些散热措施中增加新的方法，这家企业就是开发陶瓷材料的西村陶业。该公司准备推广的散热措施利用的是陶瓷电路板的高热辐射率。
散热措施顾问、ThermalDesignLaboratory代表董事国峰尚树介绍说，热的传播方式有“热传导”、“对流”、“热辐射”三种形态，晶格振动的传播、金属中自由电子的移动属于“热传导”，流体运动传热属于“对流”，通过电磁波传热是“热辐射”。西村陶业开发的方法就是利用陶瓷材料的红外线辐射进行散热。
提高部件散热性能的第三种方法
热辐射散热法的优点是，在机壳密闭而且很薄、热量无法通过对流转移的情况下，可以释放出热量。一些技术人员很早以前就知道这种优点，但充分利用的先例少之又少。不过，据西村陶业介绍，最近采用热辐射散热的LED照明产品有所增加。其中，日本一家照明器具企业将其应用到了从投光器等大型LED照明器具到台灯等小型产品的各种用途。
通过采用热辐射散热，可以提高投光器的散热效率，无需再使用冷却风扇。不使用冷却风扇可以降低故障风险（风扇因发生某种故障而瘫痪、导致无法散热的风险），而且，因为无需多片状散热片，所以不会积尘，省去了清扫的麻烦。在制造台灯时，通过采用热辐射散热，成功实现了光源附近的外壳的超薄设计。
令人兴趣浓厚的是，无论是大型产品，还是小型产品，西村陶业向照明器具企业提供的陶瓷电路板基本相同。陶瓷电路板都是长55mm×宽30mm的横长型六边形、厚度为6mm左右，用螺丝把多芯片型LED模块固定在电路板上使用。最大可使用功率为19W的高功率LED模块。大型产品使用多个螺丝将LED模块固定在陶瓷电路板上，小型产品使用1个。陶瓷电路板的材料采用纯度为99.7％的氧化铝，热辐射率为0.97。表面平滑，平均粗糙度为0.5μm，直接用螺丝把LED模块固定在电路板表面。
与金属电路板和印刷电路板等相比，陶瓷电路板面临的阻碍在于成本高。但是，如果能够借助陶瓷电路板的通用化提高量产效果，就可以在某种程度上遏制成本的上涨。这需要增加量产数量，但截至目前，大量生产尚未展开，原因是企业对陶瓷电路板的高成本心存忌惮。
针对这种情况，西村陶业表示，采用陶瓷电路板后，用来安装LED模块的电路板和散热片等散热部件的总成本可以降低，今后打算以这种散热成本为卖点做宣传。该公司之所以如此自信，是因为采用该公司产品的照明器具企业在比较了采用陶瓷电路板的产品和采用传统散热设计的产品、并考虑了总成本后，无一例外地选择了陶瓷电路板。对于压缩总成本的思路能否普及，笔者今后也会密切关注。或许，可以通过形状简洁的LED照明器具是否增加来预测普及的程度。