隨著LED植物生長燈的不斷創(chuàng)新，園藝生產正處于革命的最前沿。但是，英國Cambridge Nanotherm公司營銷經理John Cafferkey表示，這場革命的成功可能取決于如何找到提高LED模塊的熱效率的方法。
對園藝業(yè)人來說，現在是好時候?？梢哉f，業(yè)外很少有人會意識到目前我們生產農產品的方式正在發(fā)生什么樣的根本性的轉變，以及產生的一些深遠影響。
多年來，高壓鈉燈（HID）一直用于陽光的補充。使用這些設備非常經濟，一個關鍵因素是高壓鈉燈使農民能夠在受控的環(huán)境中在室內種植農作物，并且可以更靈活地安排時間（無視季節(jié)，常常是全年）。
雖然高壓鈉燈已經成為許多園藝種植者的主要選擇，但它們現在正在迅速被LED所取代。與高壓鈉燈相比，LED可以快速開啟和關閉，更容易適應自動生長周期。而且，LED也可以發(fā)出特定波長的光線，因此可以針對不同類型的作物和生長周期中的不同階段進行“調整”。
然而，最重要的是，LED比高壓鈉燈更具成本效益、運行溫度更低。這兩個屬性才是LED生長燈的真正潛力。
首先，LED大幅降低的運行成本拓展了作物的范圍，包括許多由于照明要求或銷售價格便宜而不適宜用生長燈種植的作物。換句話說，LED照明正在從高價農產品轉向日常農業(yè)。
其次，運行溫度更低意味著農民可以以更緊密的形式種植作物，而不會對植物造成熱傷害，這使得垂直農業(yè)等應用成為可能。
廢熱仍然是LED設計面臨的一個問題
雖然LED比高壓鈉燈的運行溫度要低，但是約60％的功率被轉化為廢熱，這種廢熱可以對LED的使用壽命造成嚴重的威脅。
LED由封裝透鏡覆蓋，以隔離空氣，并且可以擴散光線。不好的是，封裝透鏡也是絕熱的。因此，LED產生的熱量不能通過輻射散出，跟高壓鈉燈一樣。相反，熱量必須通過LED的底部設計進行倒出。
如果熱量沒有被有效地倒出LED，那么LED的壽命將會減少，甚至會燒壞，這樣就增加了LED更換的成本。
而且，從LED中去除這些熱量正成為一個緊迫的問題。出于節(jié)約成本的考慮，設計人員正在尋求將更高功率的LED（1-5W）放入更小的空間中，以此來降低設計的材料成本。以這種方式的話，單個LED以更高的功率密度運行，會給散熱管理提出更大的挑戰(zhàn)。
散熱效率高的LED設計的基本元素
假設我們的示例設計使用“封裝”LED。這些單獨的LED芯片被封裝在散熱基板上（這樣整個“LED封裝”可以很容易地安裝到PCB上）。一般來說，在芯片下面使用的基板是陶瓷的。雖然價格昂貴，但陶瓷是優(yōu)秀的熱量傳導者和擴散者。
熱量傳輸的下一階段必須在基板上進行。標準的印刷電路板不能滿足園藝照明的散熱需求，因為其玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料是不好的熱導體。出于這個原因，金屬基板（MCPCB）通常用于這種高功率LED的設計。
MCPCB構成是怎么樣的？在所有MCPCB中，有幾個結構要素大致相似。首先有一個銅電路層，然后是一個介質層，將上面的電路與下面的金屬隔開，防止兩者短路。最后，有一個金屬板，通常是鋁，但有時是銅，有效地將熱量傳輸到系統(tǒng)級的組件（如散熱片）。
電介質對MCPCB的有效熱管理提出了挑戰(zhàn)
正如期望的那樣，MCPCB中的銅電路板和鋁電路板層都是優(yōu)秀的導熱體。介電層則不一樣。業(yè)界發(fā)現，要找到一種電絕緣（達到合適的擊穿電壓）但具有高導熱率的材料是一個真正的挑戰(zhàn)。
最常用的方法是制造帶有一層環(huán)氧樹脂的介質，摻雜能導熱的陶瓷晶，以提高整體導的熱性。但是，在環(huán)氧樹脂脆化并開始破裂之前，才能添加很多的陶瓷晶。 即使是市場上最好的這種材料也不能滿足園藝照明系統(tǒng)的熱量需求。
為了實現園藝照明應用的持續(xù)發(fā)展，當今許多設計師都要求能比陶瓷填充的環(huán)氧樹脂所能提供的導熱率更高的板。很明顯，這需要一個新的方法。
納米陶瓷：在MCPCB中實現有效熱管理的一個新方法
一家位于劍橋的納米技術公司已經研發(fā)出了解決這個“介電問題”的新方法，用一種獨特的方法來構建熱效率高的電介質。
該公司采用專利的電化學氧化（ECO）工藝，將MCPCB的鋁表面轉化成極薄（10-30μm）的氧化鋁（Al2O3）層。
雖然氧化鋁在熱效率方面不是最好的材料，但是這種介電層的薄度起到了很好的效果。由于熱量只需要通過幾微米的材料，電路、納米陶瓷電介質和鋁板的整體熱性能就達到了115 W/mK。
最終，園藝照明設計師希望他們的產品更酷、更小、更亮、更具成本效益。他們也想確保產品能持續(xù)到使用壽命。所有這些因素對于園藝照明行業(yè)的持續(xù)發(fā)展以及實現新一波的農業(yè)技術至關重要。隨著市場的不斷發(fā)展，可以期待看到納米陶瓷將成為園藝LED設計的核心。（編譯：LED網 James）
更多LED相關資訊，請點擊LED網或關注微信公眾賬號（cnledw2013）。