LED导热塑料和铝材散热比较

文章来源:恒光电器

发布时间:2014-07-16

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 一、引言 

关于导热塑料的散热能力问题，近期有网友翻炒一篇文章——"用于LED的塑料散热器"，文中引 用一个图表来说明导热塑料散热器可以比铝散热器更好。对此本人完全不能予以苟同。 

为了有的放矢，节能与环保，这里先摘引原文及图表如下（斜体字部分）： 

那么为什么导热塑料还可以做成散热器呢？它的散热性能能和传统的铝散热器比美吗？完全可以，甚至更好！你能相信吗？ 

我们知道，任何散热器，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散到空气中。导热系数高，只解决了传热快的问题，而散热则主要由散热面积、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性无关。所以只要有一定的热传导能力，户外照明，塑料散热器照样可以成为良好的散热器！

一般来说，如果热量从热源到散热器表面的距离小于 5mm 【问题 1】，LED天花灯，那么只要导热系数大于 5 时，其散热就是由对流主导的了，这时候传导散热就已经不起什么作用了。这可以从下面的曲线看出来。

图1. 导热系数和传导对流散热的关系

图1中给出了导热系数和传导对流散热的关系。图中横坐标是导热系数，酒店led照明，纵坐标是热源和环境的温差。各种颜色的曲线是热源和散热器表面的距离。如果距离小于5mm（绿色曲线），那么只要导热系数大于5，其散热能力就完全由对流决定了。温差越小、距离越小，导热系数就越不重要。

而且对于理想的好散热器来说，大约7成的热是靠对流散热，而3成的热是靠辐射散热【问题 2】。而导热塑料的辐射散热能力一点也不逊色。

在上述内容中，我将关键处用【问题1】和【问题2】做了标识。下面来分别分析。

二、对问题1的讨论

说热源到散热器的距离小于5mm，导热系数只要大于5，散热就有完全由对流决定了。不禁要问，实际应用的情况能否保证热源到散热器的各处表面都保持小于5mm？在这种情况下，建筑照明，每个LED的间距不能大于10mm，恒光，这样的情况又是否满足散热所需的面积呢？这样的话，每个LED的散热面积只有1平方厘米。如果按照某些人的经验，每瓦散热需要50平方厘米，1平方厘米面积只适合0.02W的LED，连一个普通的20mA工作的LED散热都不够用（约0.06W）。这样还有什么实用意义？要是散热是常规的翅片散热器，以及LED是集成光源，热源的距离到达散热器表面的距离都会大于5mm，那么，显然导热塑料散热器就失灵了。实际使用LED时，CE认证，往往不能保证热源到散热器的表面距离小于5mm，如果用这个基本不能实现的条件来对比，是没有实际意义的。但导热塑料并非完全不能用，在某些情况下，由于某些条件、要求的限制，牺牲一些参数和性能，导热塑料还是可以用的。比如，对于小型的球泡灯，由于绝缘的需要，导热塑料的绝缘性相对采用铝材就容易解决。相对同样功率的热源、同样结构的铝材散热器，用导热塑料来做散热器，就要牺牲LED的寿命。因为采用同样结构尺寸的导热塑料散热器时，LED的结温要高于采用铝材散热器的情况。上面都是定性地说明。下面用试验测试和模拟计算的结果来说明。

（1）试验测试的情况

做对比的两款导热塑料散热器和铝材散热器见图2。从这种导热塑料的规格书上看，其导热系数是15W/(m ℃)。 

图 2 中 1#塑料杯是标称 6W 的散热器，2#塑料杯是标称 3W 的散热器。因此也用标称 3W 的铝散热器来做测试对比。（因手头没有与 1#塑料杯对应的铝散热器，3c认证，所以没有做对比试验。） 测试结温是采用电压法及该封装 LED 的电压温度系数计算的。 

测试数据见表 1。 

从这个对比试验可以看到，导热塑料散热器要达到和铝材散热器相同的散热器效果，体积要大接近一倍。

（2）模拟计算的情况

模拟的模型见图3。图3中，热源的直径是10mm，厚度1mm，假设为铜材，热源设置在表面。热功率设为1W。散热器的直径和厚度做不同尺寸调整来模拟。模拟时，铝材选6061型。

先看散热片厚度为1.5mm时，直径改变时，导热塑料和铝材的散热比较。热源的底部到散热器纵向的距离小于5mm，而热源到边缘到散热器的横向边缘距离从5mm开始增加。

表2是模拟计算的结果。

先对铝材表面状况做个说明。氧化发黑处理，这个不用多说。高氧化情况一般是氧化不加填料，并且氧化层较薄。轻氧化而是铝材在自然条件下的氧化。抛光，这个大家也都知道。实际在做散热设计时，设计，很少用到抛光表面的。这里只是为了比较才将这类表面也拿来计算。

从计算结果可以看到，散热器的直径为20mm，即热源边缘到散热器横向边缘为5mm时，用导热塑料散热器时，最高温度高于100度。且不说和铝材比较了，这样的温度已经远远不符合控制LED结温小于70度的要求了。这样的散热设计是非常糟糕的，实在无需谈什么材料优越性了！当散热器直径为40mm时，可以看到，铝材经过阳极氧化后，散热器能力会比导热塑料强。尤其是氧化发黑处理，导热塑料就没法比了。如果散热器再增大，超市照明，就连抛光表面的铝散热器，其散热能力也超过导热塑料。

下面再来看看散热器厚度的影响。表3是散热器直径不变，厚度改变的模拟计算结果。