浅析LED散热问题.doc

《浅析LED散热问题.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅析LED散热问题皿的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是宜接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10°C寿命会延长2倍。从Cree公司发布的光衰和结温的关系图（图1）屮可以看出，结温假如能够控制在65°C,那么其光衰至70%的寿命可以高达10万小吋！这是人们梦寐以求的寿命，可是真的可以实现吗？是的，貝要能够认真地处理它的散热问题就有可能做到！遗憾的是，现在实际的LED灯的散热和这个要求相去戻远！以致LED灯具的寿命变成了一个影响其性能的主要问题，所以必须要认真对待！图1：光衰和结温的关系而且

2、，结温不但影响长吋间寿命，也还直接影响短吋间的发光效率，例如Cree公司的XLamp7090XR-E的发光量和结温的关系如图2所示。60%90%70%80%-50%-40%30%-20%-10%0%255075100125isoJunctionTemperature(°C)图2：结温和发光量的关系假如以结温为25度时的发光为100%,那么结温上升至60度时，其发光量就只有90%；结温为100度时就下降到80%；140度就只有70%。可见改善散热,控制结温是十分重要的事。除此以外LED的发热还会使得其光谱移动；色温升高；正向电流增人（恒床供电时）；

3、反向电流也增大；热应力增高；荧光粉环氧树脂老化加速等等种种问题，所以说，LED的散热是LED灯具的设计小最为重要的一个问题。第一部分LED芯片的散热一.结温L是怎么产生的LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能，而是一•部分转化成为热能。LED的光效H前只有1001m/W,其电光转换效率大约只有20、30%左右。也就是说大约70%的电能都变成了热能。具体来说，LED结温的产生是由于两个因索所引起的。1.内部量子效率不高，也就是在电子和空穴复合吋,并不能100%都产生光子，通常称为由“电流泄漏”而使PN区载流子的复合率降低。泄漏电流乘

4、以电圧就是这部分的功率，也就是转化为热能，但这部分不占主要成分，因为现在内部光子效率已经接近90%。2.内部产生的光子尢法全部射出到芯片外部而最后转化为热量，这部分是主要的，因为FI前这种称为外部量子效率只有30%左右，大部分都转化为热量To虽然白炽灯的光效很低，只有15101/W左右,但是它几乎将所有的电能都转化为光能而辐射出去，因为大部分的辐射能是红外线，所以光效很低，但是却免除了散热的问题。二.LED芯片到底板的散热LED芯片的特点是在极小的体积内产生极高的热量。而LED本身的热容量很小，所以必须以最快的速度把这些热量传导出去，否则就会产生

5、很高的结温。为了尽可能地把热量引出到芯片外面，人们在LED的芯片结构上进行了很多改进。为了改善LED芯片本身的散热，其最主要的改进就是采用导热更好的衬底材料。早期的LED只是采用Si硅作为衬底。后来就改为蓝栄石作为衬底。但是蓝宝石衬底的导热性能不是太好，(在100。C吋约为25W/(m-K)),为了改善衬底的散热，Cree公司采用碳化硅硅衬底，它的导热性能(490W/(m-K))要比蓝宋石高将近20倍。而且蓝宝石要使用银胶同晶，而银胶的导热也很差。而碳化硅的唯一缺点是成本比较贵。FI前只有Cree公司生产以碳化硅为衬底的LEDo星Vc极V电极LE

6、D芯P-AlGaNIn-CaNMQIsGaN(Si)<0um蓝宝石基底•CaN-AlCaNL电极LED芯片)n-CaNn-AlGaNIn-SiC秽化硅基底•GaN(Mg)0.5umr-AlGftN(Mg)0.I5un■7c极InGaN(MgZn)0<15um飲纵性较差In-AlCaNCMg)图3：蓝宋石和碳化硅衬底的LED结构图采用碳化硅作为基底以后，的确可以大为改善其散热，但是其成本过高，而口有迄利保护。最近国内的厂商开始采用硅材料作为基底。因为硅材料的基底不受专利的限制。而且性能还优丁蓝宝石。唯一的问题是G&N的膨胀系数和硅相差太大而容易发生

7、龟裂，解决的方法是在屮间加一层氮化铝(A1N)作缓冲。衬底材料导热系数6・K)澎胀系数(xlOE-6)稳定性导热性成本ESD骯静电)碳化硅(SiC)490-1.4良好高好阻宝石如2。3)461.9一般差为SiC的1/10一般睦(Si)1505~20良好为蓝玉石的1/10好兄库LED芯片封装以后，从芯片到管脚的热阻就是在应用时最重要的一个热阻，一般来说，芯片的接而而积的大小是散热的关键，对于不同的额定功率，要求有相应大小的接而而积。也就表现为不同的热阻。几种类型的LED的热阻如下所示:类型草帽管食人鱼1W面发光热阻CK/W150-20050B-15

8、5早期的LED芯片主要靠两根金属电极血引出到芯片外部，最典型的就是称为巾5或F5的草帽管，它的散热完全靠两根细细的金属艮线引出去，所以散