發揮高效能、環保的照明效益散熱設計是一大關鍵

　　LED元件的核心設計，即是由一片LED晶粒利用加諸電壓使其產生發光結果，而與一般矽晶片類似，LED晶片也會因為長時間使用而產生光衰現象，多數設計方案為了提升元件發光亮度，多利用增加晶體的偏壓，即提升加諸于LED的電能功率，讓晶片能夠激發出更高的亮度，如此一來，加強LED功率也會使得晶體的光衰問題、壽命問題加速出現，甚至元件本身因強化亮度而產生的高溫，也會造成產品壽命的縮短。

　　當單顆LED晶粒隨著亮度提升，單顆LED功耗瓦數也會由0.1W提高至1、3、甚至5W以上，而多數的LED光源模組實測分析，也會出現封裝模組的熱阻抗因增加發光效能而提升，一般會由250K/W至350K/W上下持續增加幅度。

　　圖4：目前單顆LED亮度持續提升，也有采取單顆LED高亮度光源、搭配簡化電源模塊的嵌燈設計

　　而檢視測試結果會發現，LED也會有隨著“功率”增加、“使用壽命”減少的現象，會讓原本可能具有20,000小時使用壽命的LED光源元件，因為散熱影響，而降低到僅剩1,000小時的使用壽命。 尤其是當元件在攝氏50度的運作溫度下，均能維持最佳的20,000小時壽命，但當LED元件運行于攝氏70度的環境，平均壽命則降至10,000小時，若持續在攝氏100度環境下運行，壽命會僅剩5,000小時。

　　LED模組設計的熱阻抗現況

　　除了關鍵元件LED易受溫度影響外，光源設計多半也采取模組化概念開發，甚至為了取代傳統光源，讓發光元件與電子電路只能在極小空間內進行整合，因為LED為DC直流驅動元件，多數燈具的連接電源為AC交流電源為主，為簡化LED光源的施作復雜度，目前的主流做法是直接將電源整流、變壓模組與LED發光元件進行整合，但問題來了，因為可用的電路空間相對小很多，在裝置內的對流空間相對變小的情況下，自然也無法得到較佳的散熱效果，也只能透過主動式強制散熱的相關對策，進行模組的散熱處理。

　　若由熱阻抗模組觀察所制作的熱流模型，進行LED晶粒預測接合點的溫度，接合點意指半導體的pn接合處，定義熱阻抗R為溫度差異與對應之功率消散比值，而熱阻抗的形成因素相當多，但透過熱流模型的檢視方式，可以更清楚確認，熱的散逸處理方面，是因為哪些關鍵問題而降低其效率，可以從元件、組裝方式、基板材質、結構去進行散熱改善工程。 一般LED固態光源的熱流模型，可以從幾個關鍵處來檢視。

　　圖5：高照明效果的天花板燈，其LED需高功率驅動發光，因此整合的電源模塊、散熱模塊成本也會較高。

　　例如，LED發光元件可以拆解為LED晶粒、晶粒與接腳的打線、封裝的塑料，再將觀察擴及LED光源模組，即會有LED元件、接合的金屬接腳、Metal Core PCB (MCPCB)電路板、最后為散熱的鋁擠型散熱片等構成，而熱流模型可以觀察有幾個串聯的熱流阻抗，例如結合點、乘載晶粒的金屬片、電路板與環境等，再檢視串聯阻抗的熱回路，試圖去發現散熱效率低下的問題癥結點。

　　再從模型去深入觀察，可以發現，從晶粒的接合點到整個外部環境的散熱過程，其實是由幾個散熱途徑去加總而成，例如，晶粒與乘載金屬片的材料特性、封裝LED晶粒材料的光學樹脂接觸與電路板材料熱阻特性、LED元件的表面接觸或是介于散熱用之鋁擠型散熱鰭片黏膠，乃至降溫裝置與空氣間的組合等，構成整個熱流的散熱過程。