LED照明應用趨勢及散熱問題由于固態光源(Solid State Lighting)技術不斷進步ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，使近年來LED的發光效率提升✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，逐漸能取代傳統光源❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，目前發光效率已追過白熾燈及鹵素燈而持續向上成長⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，如圖一所示✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。

圖一⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤、LED發光效率趨勢比較

    而一些公司更已開發出效率突破100lm/W 的LED元件⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，這也使得LED的照明應用越來越廣❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，不但已開始應用于室內及戶外照明㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉、手機背光模組及汽車方向燈等☾☽❄☃，更看好在高瓦數的投射燈及路燈等強光照明✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅、大尺寸背光模組以及汽車頭燈等的應用ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。由于擁有省電ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ、環保及壽命長等優點ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，更使未來以LED光源為主流的趨勢越趨明顯ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ。

    為了讓LED發更亮的光而需要輸入更高的功率❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，然而目前大功率LED的光電轉換效率(Wall-Plug-Efficiency; WPE)值仍然有限㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，一般僅有約15~25% 的輸入功率成為光❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，其馀則會轉換成熱能ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。由于LED晶片面積很小(~1mm2)❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，因此使高功率LED單位面積的發熱量（發熱密度）非常高⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，甚至較一般的 IC 元件更為嚴重①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，也使得LED 晶片的接面溫度(Junction Temperature)大為提升ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，容易造成過熱問題ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。過高的晶片接面溫度會使LED 的發光亮度降低❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，其中以紅光的衰減最為明顯♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。也會造成LED的波長偏移而影響演色性①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，更會造成LED可靠度的大幅降低✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，如圖三所示⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，因此散熱技術已成為目前LED技術發展的瓶頸♀☿☼☀☁☂☄。

圖二⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ、元件壽命和晶片溫度的關系

圖三ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ、LED散熱路徑及熱阻網路Chip Level ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ、Package Level 和PCB Level 的散熱設計

    因此散熱設計的挑戰較大⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，必須從晶片層級㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉、封裝層級☈⊙☉℃℉❅、PCB 層級到系統模組層級⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，都要非常重視散熱設計❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，并尋求最佳的散熱方桉☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。對于LED照明產品而言✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，由于系統端的散熱限制較大❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，因此其它層級的散熱需求就更明顯⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。對于LED熱傳問題①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，最基本的分析方法就是利用熱阻網路進行分析⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。也就是將LED由晶片熱源到環境溫度的主要散熱路徑建構熱阻網路ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，如圖四所示⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，然后分析各熱阻值的特性及大小❣❦❧♡۵，如此可以推算理想狀況時的晶片溫度❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，并針對熱阻網路各部分下對策以降低熱阻值♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。需注意的是❣❦❧♡۵，圖四是就Chip Level ☾☽❄☃、Package Level ⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯、Board Level 及System Level 組成的熱阻網路ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。實際分析時可依據系統結構組成更詳細的熱阻網路웃유ღ♋♂，例如考慮Die Attach 材料及Solder 等介面材料之熱阻ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，或是散熱模組結構之熱阻值☾☽❄☃。

    由于LED晶片的Sapphire 基板導熱特性較差☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，會造成圖三之熱阻值Rjs 過高㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，因此改善方式必須用高導熱的材料如銅取代Sapphire ㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，或是採用覆晶方式將基板移開熱傳路徑❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，以降低熱阻值⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。目前在晶片到封裝層級性能較佳的散熱設計㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，包括共融合金基板及覆晶形式等設計⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，使熱更容易從晶片傳到封裝中ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。而增加晶片尺寸以降低發熱密度也是可行的方向웃유ღ♋♂。

    大功率LED的散熱設計非常重要ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，關系到LED的發光的品質及使用壽命☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。透過熱阻網路可迅速分析散熱能力及需求并尋求散熱對策㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，由于大功率LED發熱密度很大☾☽❄☃，必須從Chip Level㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉、Package Levelⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ、Board Level到System Level 各層級進行散熱設計㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，降低熱阻♀☿☼☀☁☂☄，才能得到最佳的散熱效果⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。目前國際上各大LED晶片及封裝廠商都致力于發展發光效率更高的產品♀☿☼☀☁☂☄，透過提升光的量子效率等方式提升光電轉換效率☾☽❄☃，以降低晶片發熱量ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。為了使LED產品的發展及應用更為快速ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，相關的散熱技術仍需同步發展❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。由于人類對于生活品質的需求不斷提升☈⊙☉℃℉❅，就如同IC 產品對于散熱的需求一直存在㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，散熱設計在各種大功率LED的產品設計中仍將佔有重要的地位①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯。