作者：臺灣科技大學電子所與光電所 林裕修、黃建歷、廖顯奎教授
發光二極體(LED)具有體積小、耐衝擊、壽命長、低耗電、冷發光及無汞污染等等優點，成為近幾年照明領域中的研究發展重點，技術也在持續進步，LED從小功率朝向大功率發展，在應用面上更多元，由最早期的指示燈進步到現在LED照明產品，可是由於高功率LED輸入功率僅有15~20%轉換成光，其餘80~85%轉換成熱的形式釋放，若這些熱未適時的排出，將產生很多的問題，第一、會導致晶粒的接面溫度過高而影響發光效率以及壽命。第二、白光LED通常使用一或多種的螢光粉，螢光粉會受到熱的影響而降低效率導致產出的光色改變，影響其色彩品質。第三、若以塑膠封裝的的材質，例如環氧樹脂，會因為熱的升高，而變黃，導致局部波長的光吸收影響波長。第四、當環氧樹脂的封裝達到玻璃轉移溫度時，樹脂會很快速的膨脹產生所謂的熱應力，在半導體和焊點接觸的位置會因為這些應力而弱化或扯斷環氧樹脂，而且在非常低的溫度時會讓封裝產生裂痕，導致LED失效。所以在熱的設計方面，需要一有效的散熱結構來將熱帶出模組，避免以上這些問題的發生。
隨著高功率的廣泛應用，散熱模組的需求也漸漸提高，本文首先進行中華民國散熱資料的檢索，探討各年度散熱片用於照明燈具所佔的比例，將分別以“散熱片”為關鍵字作每年度的數量統計，接著再以“散熱片 and (燈具 or 照明)”，散熱片的專利數量以及以照明為目的的散熱片所佔比例整理出如圖1資料，我們發現早期散熱鰭片往往用於CPU、冷氣、冰箱等，用於燈具的反而佔極少數，但是在這兩年大幅上升，散熱片用在照明燈具的比例由圖1可以看出，在2005年以前照明在散熱片中所佔的比例約5%，在2006年上升到7.38%，2007年11.42%，而2008年統計至六月專利件數已達19件，比例並提升至14.29%。而這些用在照明的散熱片專利中，幾乎全部都是關於LED燈具的散熱，這也證明了LED在近幾年快速的發展，並漸漸用於照明，但也暗示著LED的熱處理是目前必須面臨的障礙，所以才會有這麼多的專利，想利用巧思去降低熱效應的影響。
圖1、各年度散熱片相關專利整理
在LED的散熱片專利中，提高散熱效能的方法多是改變鰭片的設計例如提高散熱面積或加入熱導管使得熱能夠更均勻分佈，以下我們各取一件該技術專利來介紹實施方式。
(1) 提高散熱面積之方式
如圖2為三匠科技公司之創作，中華民國新型專利編號M325445，三匠科技成立於1990年，主要在作冷卻風扇、電子電腦冷卻散熱裝置、精密陶瓷零件製造加工、電子零組件進出口等，在圖中各散熱片呈波浪狀，這些散熱片是環型連接於燈罩之外圍面上，此波浪狀除了可增加散熱面積外也形成一散熱流道，使得空氣可以對流得更流暢。在燈具周圍設置了複數個散熱鰭片來進行散熱。可增加單位體積下之散熱面積並於相鄰散熱片間形成一散熱流道。
圖2、提高散熱面積之散熱結構圖
(2) 熱導管加速熱傳導之方式
此篇專利之專權利人是個人名義，其中華民國新型專利編號為M297441，主要是由主體、LED燈源、散熱鰭片、變壓器、以及底座組成，其中主體是由一導熱效率較佳的金屬所製成，將LED底部緊貼於主體，把LED的廢熱迅速先從LED中帶出，如圖3中的組件1，通常為銅材質；散熱模組設於主體外緣，利用散熱模組大的散熱面積如圖3之組件3，將本體上的熱散逸於空氣中，如此可有效的將LED燈源所產生的熱，透過主體傳導到散熱鰭片上加速散發，達到提升散熱效率的目的。
圖3、利用熱導管之散熱模組
簡單評論如下：目前的散熱片專利中，所說兩種散熱方式是較常見的，各有其優缺點。前者用提高散熱面積方式，特點在於製造方式較簡便，成本較低，但散熱效率較差，散熱模組也因此較大。而利用熱導管方式散熱，需加入本體，其本體和散熱模組也需作接合，成本較高，製成複雜，但散熱效率較好，散熱模組有機會小型化，兩種散熱方式，各有其優缺點，可視使用所需，取其一方式作為所用。
參考文獻:
- 中華民國專利編號M325445，經濟部智慧局網站
- 中華民國專利編號M297441，經濟部智慧局網站
