用于LED的塑料散熱器

作者：茅于海               上海龍茂科技

較近塑料散熱器也引起人們的注意。按理導(dǎo)熱性能好的材料通常都是導(dǎo)電性能好的材料，反過來導(dǎo)電性能差的塑料，其導(dǎo)熱性能一定也差。這是必然的。所以顯然金屬要比塑料的導(dǎo)熱性好。實際上也是如此。那么，是不是塑料就一定不能用來做散熱器呢？并不如此！

 較近國際上研發(fā)出了多種導(dǎo)熱塑料，其材料大多為以工程塑料和通用塑料為基材，如PP、ABS、PC、PA、LCP、PPS、PEEK等。然后在塑料中填充某些金屬氧化物粉末、碳、纖維或陶瓷粉末而成。例如將聚苯硫醚(PPS)與大顆粒氧化鎂(40～325目)相混合就可以制成一種絕緣形的導(dǎo)熱塑料。其典型的熱傳導(dǎo)率范圍為1-20 W/m-K，某些品級可以達到 100 W/m-K。這一數(shù)值大約是傳統(tǒng)塑料的5-100 倍，一般塑料的熱傳導(dǎo)率只有0.2 W/m-K。不過如果為了得到高導(dǎo)熱率而添加過多的金屬粉末，就會變成具有導(dǎo)電性。以致無法在某些場合應(yīng)用。美國Coolploy公司的一些導(dǎo)熱塑料的性能如下。

E4505 (PC ): 導(dǎo)熱系數(shù) 10w/mk  導(dǎo)熱導(dǎo)電應(yīng)用：外殼和輻射器
D5108 (PPS): 導(dǎo)熱系數(shù) 10w/mk 導(dǎo)熱絕緣應(yīng)用：板子/芯片
D5506 (LCP): 導(dǎo)熱系數(shù) 10w/mk 導(dǎo)熱絕緣應(yīng)用：板子/芯片
D8102 (TPE): 導(dǎo)熱系數(shù) 3w/mk   導(dǎo)熱絕緣應(yīng)用：界面
E5101 (PPS): 導(dǎo)熱系數(shù) 20w/mk 導(dǎo)熱導(dǎo)電應(yīng)用：散熱器

那么為什么導(dǎo)熱塑料還可以做成散熱器呢？它的散熱性能能和傳統(tǒng)的鋁散熱器比美嗎？完全可以，甚至更好！你能相信嗎？

 我們知道，任何散熱器，除了要能快速地把熱量從發(fā)熱源傳導(dǎo)出到散熱器的表面，較后還是要靠對流和輻射把熱量散到空氣中。導(dǎo)熱系數(shù)高，只解決了傳熱快的問題，而散熱則主要由散熱面積、形狀、自然對流和熱輻射的能力決定，這些幾乎和材料的導(dǎo)熱性無關(guān)。所以只要有一定的熱傳導(dǎo)能力，塑料散熱器照樣可以成為良好的散熱器！

 一般來說，如果熱量從熱源到散熱器表面的距離小于5mm，那么只要導(dǎo)熱系數(shù)大于5時，其散熱就是由對流主導(dǎo)的了，這時候傳導(dǎo)散熱就已經(jīng)不起什么作用了。這可以從下面的曲線看出來。

圖1. 導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)對流散熱的關(guān)系

 圖1中給出了導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)對流散熱的關(guān)系。圖中橫坐標是導(dǎo)熱系數(shù)，縱坐標是熱源和環(huán)境的溫差。各種顏色的曲線是熱源和散熱器表面的距離。如果距離小于5mm（綠色曲線），那么只要導(dǎo)熱系數(shù)大于5，其散熱能力就完全由對流決定了。溫差越小、距離越小，導(dǎo)熱系數(shù)就越不重要。

而且對于理想的好散熱器來說，大約7成的熱是靠對流散熱，而3成的熱是靠輻射散熱。

而導(dǎo)熱塑料的輻射散熱能力一點也不遜色。下面是各種材料的熱輻射系數(shù)。

所以可以說，如果兩個形狀完全相同的散熱器，一個是鋁做的，一個是導(dǎo)熱塑料做的，如果鋁做的散熱器沒有經(jīng)過發(fā)黑處理，其散熱能力還比不上黑色導(dǎo)熱塑料做成的散熱器！因為二者的對流散熱是一樣的，而輻射散熱則以塑料的更好！

下面以一種上海合復(fù)新材料公司的散熱塑料為例，這種材料的指標如下：

和常用的鋁散熱器相比，不可忽視塑料導(dǎo)熱材料還有一些其他優(yōu)點。

 與傳統(tǒng)材料相比，導(dǎo)熱聚合物有較高的耐屈撓性和拉伸剛度，但抗沖擊強度較差，而且其固有的低熱膨脹系數(shù)可有效減少制件收縮。

其實可以認為其較大的優(yōu)點是絕緣。鋁散熱器由于其良好的導(dǎo)電性往往是非隔離式電源在通過CE或UL認證時所擔心的一個因素，而采用塑料散熱器就可以同時采用非隔離式電源而不必擔心其安全問題。

此外，它的密度要比鋁輕。鋁的密度是2700kg/m³，而塑料的密度為1420kg/m³，差不多為鋁的一半，所以同樣形狀的散熱器，塑料散熱器的重量只有鋁的1/2。而且加工簡單，其成型周期可以縮短20-50%，這也就降低了成本的壓力。

 下圖為上海龍茂公司生產(chǎn)的采用上海合復(fù)新材料公司的導(dǎo)熱塑料外殼散熱器的LED球泡燈。它可以散大約8瓦的功率。這個功率已經(jīng)接近球泡燈的極限功率（9W）。再要進一步加大其功率，就只能采用強制風冷了。

 塑料散熱器的唯一缺點是單價比較貴，所以目前還不適合于LED路燈這類的大型LED散熱器中，而只適合于室內(nèi)小功率LED燈具。

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