LED封装中热沉和热电制冷器材料的研究进展.pdfVIP

第4卷第4期 材料研究与应用 V01．4。No．4 2010年12月 MATERlAI。SRESEARCHANDAPPLlCATl0N Dec．2010 文章编号：1673—9981(2010)04—0343～05 LED封装中热沉及热电制冷器材料的研究进展* 钟达亮，秦 红，王长宏，肖泽成 (广东工业大学材料与能源学院，广东广州 510006) 摘要：在深刻分析热沉和热电制冷散热机理的基础上，结合国内外学者对两种散热器件的理论分析， 详细描述了热沉及热电制冷器应用于LED封装上的研究进展．通过建立理论热模型及运用数值模拟的 方法，研究材料因素对散热性能的影响．在材料的应用上，对热沉中的A1／SiC材料及热电制冷器中的 PbTe晶体材料进行实验研究．指出热沉及热电制冷器的优化不仅要考虑内部材料和几何形状。更要考 虑热沉、热电制冷器和风扇等外部组合情况． 关键词：发光二极管(LED)；材料；热沉；热电制冷器；优化 中图分类号：TN305．94 文献标识码：A LED(发光二极管)照明，是一种半导体固体发过导热方式从LED芯片直接散发出去，而通过辐射 光器件．与传统光源一样，固态照明光源在工作期间 散发出去的热量很少Is]．对于整个系统与外界空气 由于电流在二极管中流动而产生热量，只要电流连 而言，热对流是一个重要的传热方式，它不仅可以发 续流动，热量就不断产生[1]．对于高亮度LED而言，生在自然条件下也可以发生在强迫条件下．作为高 需要消耗更大的电功率以驱动LED，其结果是带来 效率光源，LED的热管理要求使用能耗少甚至无额 更大的电流流经LED．而目前LED的发光效率依外能耗的散热方法．尽管如此，大功率封装光源不断 然较低，例如绿光等的发光效率只有30％～40％，增加的热负荷使得仅靠这种方法来散热难以达到理 有接近60％～70％的电功率转化成了热量并从想的效果，因此往往辅以风扇，与热沉一起使用．为 LED芯片中散发出去心]．若以典型的大功率LED 满足LED封装中尺寸小、响应时间快的要求，热电 来计，其芯片的表面积约1mm2，而其总的功率消耗 制冷将是一个理想的热管理方法[7]．热电制冷设备 为1W，LED的平均发光效率为20％，由此可知 能够与LED封装良好结合并且可以使LED保持恒 LED芯片处的热流密度能够达到80W／cm2，随着定温度，因为热电制冷片的尺寸可以做得很小并且 w／ LED功耗的增大，热流密度显然将会超过80 具有快的响应时间，如今，热电制冷器正紧跟大功率 cm2[3‘．高热流密度将造成结点温度的升高．与自炽LED的发展步伐． 灯可以工作在1000℃下不同，LED器件的结点温对于不同功率的LED器件而言，其芯片产生热 度必须在125℃以下Ⅲ．高的结点温度将会给LED 的热流密度有大有小，为控制其结点温度均需采用 带来量子效率降低、发光效率降低、峰值波长偏移和 一定的散热方式来实现良好的热管理．热沉和热电 使用寿命严重缩短[53等不良影响． 制冷器这两种散热设备具有的不同的散热性能正好 为获得LED工作的可靠性和最佳性能表现，合 迎合了不同功率LED散热的需要，从经济性出发， 理有效的热管理是重要的，也是完全必需的．从高温 通过理论和实验的方法可以分析得出适合不同功率 点往低温点的传热主要包括三种方式，导热、对流和 等级下LED的热管理方法． 辐射．从大体上来讲，将近90％甚至更多的热能通 收稿日期：2010—10—13 *基金项目：广东工业大学校级博士启动基金(405095237) 作者简介：钟达亮(1986一)．男，江西吉安人，硕士研究生． 344 材料研