发挥高效能、环保的照明效益散热设计是一大关键

　　LED元件的核心设计，即是由一片LED晶粒利用加诸电压使其产生发光结果，而与一般矽晶片类似，LED晶片也会因为长时间使用而产生光衰现象，多数设计方案为了提升元件发光亮度，多利用增加晶体的偏压，即提升加诸于LED的电能功率，让晶片能够激发出更高的亮度，如此一来，加强LED功率也会使得晶体的光衰问题、寿命问题加速出现，甚至元件本身因强化亮度而产生的高温，也会造成产品寿命的缩短。

　　当单颗LED晶粒随着亮度提升，单颗LED功耗瓦数也会由0.1W提高至1、3、甚至5W以上，而多数的LED光源模组实测分析，也会出现封装模组的热阻抗因增加发光效能而提升，一般会由250K/W至350K/W上下持续增加幅度。

　　图4：目前单颗LED亮度持续提升，也有采取单颗LED高亮度光源、搭配简化电源模块的嵌灯设计

　　而检视测试结果会发现，LED也会有随着“功率”增加、“使用寿命”减少的现象，会让原本可能具有20,000小时使用寿命的LED光源元件，因为散热影响，而降低到仅剩1,000小时的使用寿命。 尤其是当元件在摄氏50度的运作温度下，均能维持最佳的20,000小时寿命，但当LED元件运行于摄氏70度的环境，平均寿命则降至10,000小时，若持续在摄氏100度环境下运行，寿命会仅剩5,000小时。

　　LED模组设计的热阻抗现况

　　除了关键元件LED易受温度影响外，光源设计多半也采取模组化概念开发，甚至为了取代传统光源，让发光元件与电子电路只能在极小空间内进行整合，因为LED为DC直流驱动元件，多数灯具的连接电源为AC交流电源为主，为简化LED光源的施作复杂度，目前的主流做法是直接将电源整流、变压模组与LED发光元件进行整合，但问题来了，因为可用的电路空间相对小很多，在装置内的对流空间相对变小的情况下，自然也无法得到较佳的散热效果，也只能透过主动式强制散热的相关对策，进行模组的散热处理。

　　若由热阻抗模组观察所制作的热流模型，进行LED晶粒预测接合点的温度，接合点意指半导体的pn接合处，定义热阻抗R为温度差异与对应之功率消散比值，而热阻抗的形成因素相当多，但透过热流模型的检视方式，可以更清楚确认，热的散逸处理方面，是因为哪些关键问题而降低其效率，可以从元件、组装方式、基板材质、结构去进行散热改善工程。 一般LED固态光源的热流模型，可以从几个关键处来检视。

　　图5：高照明效果的天花板灯，其LED需高功率驱动发光，因此整合的电源模块、散热模块成本也会较高。

　　例如，LED发光元件可以拆解为LED晶粒、晶粒与接脚的打线、封装的塑料，再将观察扩及LED光源模组，即会有LED元件、接合的金属接脚、Metal Core PCB (MCPCB)电路板、最后为散热的铝挤型散热片等构成，而热流模型可以观察有几个串联的热流阻抗，例如结合点、乘载晶粒的金属片、电路板与环境等，再检视串联阻抗的热回路，试图去发现散热效率低下的问题症结点。

　　再从模型去深入观察，可以发现，从晶粒的接合点到整个外部环境的散热过程，其实是由几个散热途径去加总而成，例如，晶粒与乘载金属片的材料特性、封装LED晶粒材料的光学树脂接触与电路板材料热阻特性、LED元件的表面接触或是介于散热用之铝挤型散热鳍片黏胶，乃至降温装置与空气间的组合等，构成整个热流的散热过程。