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led散热模组技术分析及推广应用 设计之散热模组做为解决废热集中问题。散热模组是利用技术成熟的热管与散热鳍片采分层建构方式进行设计，并将设计完成之散热模组透过电子散热模拟分析软体（ICEPAK）来进行建模及网格化，并加以叠代计算后采自然对流方式分析探讨。多层基板散热模组LED路灯设计如图二所示。 图二 路灯散热模组设计图 利用ICEPAK模拟分析软体建立分析模型，设定模拟条件为自然对流狀态并考虑热传效应（包括热輻射效应）等，工作流体为一大气压下（101 Kpa）之空气，流体与固体初始温度为30 ℃；假设流体为牛顿型流体不可压缩流，并考虑重力效应（G = 9.8m/s2）。 模拟多晶片封装高功率LED (Multi-chip Package LED/MCP) 路灯散热模组，发热量单一晶片40W及过负载至60W，3颗共计120W及180W。 120W及180W模拟分析结果温度分布图如图三、四所示。 图四 180W模拟分析结果温度分布图 温度测试完成后将三组LED基板处所测量到的温度，经计算后得到平均温度，将此平均温度与模拟温度做比较。 以输入电功率120W，驱动时间与温度变化的关系，从图五得知，该散热模组随驱动时间增加至40分钟后温度逐渐趋近稳态，LED基板处温度于55.6℃至57.1℃间稳态发展，LED基板处稳态后平均温度56.1℃，灯具周围环境温度为25.2℃至29.7℃间震荡稳态发展。 比较LED 基板处稳态后的平均温度与模拟分析后的温度，从图五、六可发现，输入功率120W 时LED基板处平均温度为56.1℃，模拟的铜导块温度为60.9℃，兩者相差4.8℃；输入功率180W时LED基板处平均温度为66.0℃，模拟的铜导块温度为69.3℃，兩者相差3.3℃，综观兩者温差不超过5℃，由此可見实验与模拟结果误差在7%以内。 图五120W时LED基板处温度与时间变化图 图六180W时LED基板处温度与时间变化图 以输入电功率120W 之条件下进行照度测试，测量高度为2（m）及量测面积为4（m）× 2（m），每间距为250（mm）为一测量点，共取153测量点，开机1 分钟中心点瞬间平均照度值为510lux，待温度稳态后照度值为453lux；每点量测后绘制平面照度分布图，照度值呈现八个层次，最高照度层级为中心点450-550lux ，其中心位置照度分布形狀呈现菱角多边形，其余外围形狀呈现半圆形，如图七所示。 同样地，照度测试以180W输入电功率，距離光源高度2公尺之中心位置及左右量测面积为4×2公尺，每间距为25公分为一测量点，故共有153测量点做为照度测试值设定，开机1分钟中心位置照度值平均为670lux，待温度稳态后中心照度值平均为558lux；每点量测后绘制平面照度分布图，照度值呈现九个层次，最高照度层级为中心位置550-600lux，其中心位置照度分布形狀呈现多边形，其余外围形狀呈现半圆形，如图八所示。 图七 120W平面照度分布图 图八 180W平面照度分布图 五、技术推广及运用的价值 舍弃传统灯泡改用LED做为灯源，并针对传统灯具研发多层基板结构來有效提升灯具散热性能，文中以模拟软体分析灯具在运作时的温度分布情形，其结果显示此散热结构能够高效率排除废热。并针对实际制作之灯具散热结构进行测试，实验测试LED灯具在输入电功率120W与180W时的温度变化，经验证稳态后LED基板处平均温度为56.13℃及68.9℃，另反推LED接合点温度（junction temperature）仍然在安全规范的范围内；并将其结果与模拟结果相较，温差不超过5℃，平均热阻值为0.24℃及0.22℃/W，由此可見利用多层基板结构设计之散热模组能有效提高LED性能，同时在过负载时不至于烧毁，并解决废热集中问题。 基于环保节能之考量，散热机制期望朝向无风扇之设计，而在灯具应用更希望以自然对流方式來达到稳定性高与低维护成本之目标。因此，除了上游LED封装制程之改良空间外，一套稳定具系统性的外部散热对流增强机制之开发更显重要。 此计画衍生之专利为采用电脑多核心系统之设计概念，有别于一般设计将LED集中于同一块基板上，将热点分散分层设计以增加散热面积。因此结合这样的概念发展出此专利模组。 信息由中国灯具网专业整理。更多详情http://www.uu00.tv 中国灯具招商网http://www.uu00.tv 灯具批发市场http://www.uu00.tv