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LED灯具用有机导热塑料市场前景乐观

2019-08-15 17:54:14来源:励志吧0次阅读

  作为一代新型的光源,其出光效率及寿命与芯片的工作温度具有直接的关系,散热问题历来是关注的焦点。无论封装还是应用,往往需要通过导热材料来释放LED所产生的热量,用于散热的成本也占据了系统成本约20%~ 0%的比重,寻求高性价比的散热解决方案也一直成为业者追求的目标。同时,随着LED照明应用迅猛发展,并走向大众消费者,灯具产品的自动化规模生产、成本控制、安全性、轻量化等要求也日益提高。

  目前在LED照明光源和灯具生产中,发展较成熟的主要为传统金属铝材或陶瓷材料的散热系统(散热器),这两种材料初始导热性能优良。但是,金属铝材成型工艺周期长、且材料本身导电等因素,不利于照明产品的多样化设计,也增加了达到安全要求的设计成本。而陶瓷材料虽然绝缘,但比重大、成型难度高,以及批量化生产不易实现也提高了其使用成本,给广泛应用带来了限制。有机导热塑料散热方案因设计灵活、绝缘、轻量化的特点,为LED照明产品的生产提供了一种新的思路和解决方案,近期在灯具设计生产中逐步得到企业的重视,正获得快速的发展。

  一、导热塑料散热的机理

  传统的设计观念认为,LED灯具要散热好就必须采用高导热率的金属散热器,但这个概念实际上并不完全正确。研究表明,物体散热主要受到材料的热传导能力、辐射能力及空气和散热器界面的自然对流三个主要因素影响,如图1所示。金属由于导热系数大,自然而然成为散热材料的重要考虑,塑料由于其导热系数小,所以长时间以来未被看好。不过,随着复合材料技术的发展,有机复合材料的导热性能通过改性获得大幅的提升,并且较金属材料有着更优良热辐射能力,综合的散热效果也逐步能够与金属材料媲美,并体现出更好的经济适用性。

  图1 散热的基本原理

  关于材料导热系数与温差的关系如图2所示,在导热系数小于5时,属于热传导受限的情况,这种情况下导热系数很小的变化都会造温度差很大的变化。常规的塑料导热系数都在1以下,所以如果用于散热系统将导致结温的迅速上升,必然会降低LED灯具的使用寿命。然而,在导热系数大于5时,甚至达到10以上时,散热则转变为由对流主导、属对流受限情况,尤其是当散热材料厚度在5mm及以下的情况下,导热系数对温度差的影响趋近于0,材料的导热系数对芯片结温的影响大幅减小。

  图2 散热与材料导热系数和材料厚度的关系

  此外,散热器的功能除了要能快速地把热量从发热源传导出到散热器的表面,最后还是要靠对流和辐射把热量转移到空气中。虽然金属本身的导热能力比塑料好,但是灯具外壳散热器的主要目的是把热量散发到空气中。导热系数高,只解决了热传导的问题,而散热则主要由散热面积、散热界面形状、自然对流和热辐射的能力决定,这些几乎和材料的导热无关。所以有机塑料只要具备了一定大小的热传导能力,加上较好的热辐射能力,同样可以成为良好的散热解决方案,见表1。也就是说,如果热量从热源到塑料散热器表面的距离小于5mm,那么只要散热器材料的导热系数大于5时,有机塑料在散热能力方面较金属材料的差别也就不再那么显著,使得实现金属替代成为可能。

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