热技术及其在半导体照明中的应用分析报告.ppt

热分析技术及其在半导体照明中的应用 王劲 第一部分：传热学基本知识 通常条件下，热量的传递包括三种方式： 1：传导 指直接接触的物体之间热量由温度高的一方向温度较低的一方的传递 在地球引力场的作用下，单纯的导热只发生在密实的固体及静止的流体中。 在气体中，导热是气体分子不规则运动相互碰撞的结果。 在金属固体中，靠自由电子的迁移来实现热传导。 在非金属晶体及液体中，依靠晶格结构振动来传递热量。 2：对流 借助流体的流动传递热量。 热对流仅能发生在流体中，热量的传递与流体的流动密切相关。并且，由于流体中存在温度差，故流体中的导热也同时存在。 3：辐射 无需借助任何媒介，是发热体直接向周围空间释放热量。热辐射在真空中最有效。物体的辐射和吸收一般同时在进行。 黑体的辐射能力最大，因此黑色的散热器比白色的散热器散热能力好。 传热过程 传热过程是指热量由固体壁一侧的热流体经过固体壁传给另一侧冷流体的过程。其传热过程的分析可以类似于电阻的串、并联。 热路径的简化模型就是串联热阻抗回路，如图显示。结合点生成的热从钢模出发，沿着以下简化的热路径传导：接合点到金属片、金属片到电路板、以及电路板到空气/环境。「接合点」是指半导体钢模内的p-n接合处。 传热学基本知识（2） -------传热学基本单位 1：热传导系数 基本单位为W/mK，即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文时的热传导功率。热传导系数越大，表示材料散热特性越好。 影响物质导热系数的因素很多，主要为物质的种类和温度，以及湿度、密度有关。 右表：常用材料的导热系数（20℃测量数据） 传热学基本知识之  热阻 热阻抗的定义:温差与所对应之功率消散的比值。 单位为℃/W。选择散热器时，除了机械尺寸的考虑之外，最重要的参数就是散热器的热阻。热阻越小，散热器的散热能力越强。 温差 = 热阻 × 功耗 传热学基本知识之  对流换热系数 单位：w/k m2 表示当流体与壁面之间的温差为1度时，1平方米的面积上所能传递的热量。 其大小反映对流换热的强弱。 影响因素： 1：与流体的流速有关。 2：与流体的物理特性有关。 3：与换热壁面的形状、大小。 4：与热原的位置有关。 传热的增强和减弱 各类传热过程所传递的热流量由以下方程式决定： ?=K.A.?t 1：提高热传导系数 选用热传导系数较高的材料 2：增大散热面积 有效扩充散热面积，如将光滑的表面砂化、使用弯曲的折面等 3：增大传热温差 降低换热器内流体的温度 对热传导系已固定（即材料已经固定）的情况下，可以通过以下增大表面换热系数的方式来进行冷却： 1：改变周围流体的流动状态、增强扰动 以紊流状态替代层流状态，或者将换热壁面做成螺纹状、波纹状，来改变附近流体的流动状态。 2：使用添加剂改变流体物性 即通过提高容积比热容的方法来改变流体的物理特性 3：改变换热面的形状、大小、及表面状况 如将圆管改为椭圆管、波纹管、螺纹管，或者在金属表面烧结一层很薄的多孔金属层、挤压不同的小凸起等 4：依靠外力产生激荡增强换热 用机械的方法或者电的方法，使换热表面流体产生激荡，增强换热系数。 第二部分：研究热量传递的重要性 以设备为例： 造成电子设备故障的四个主要原因： 1：温度 2：振动 3：潮湿 4：灰尘 其中温度对电子设备的影响高达60％。  温度和设备故障率的关系是成正比的，可以用下式来表示：  F = Ae（ - E/KT） 在LED照明中为什么要进行热工控制？ 1：结点温度上升时，PN结将进入本征导电状态，LED器件将无法工作。 导体、绝缘体的电阻率值随温度的影响而变化很小。但温度变化时，半导体的电阻率变化却很激烈；每升高1℃，它的电阻率下降达百分之几到百分之几十。不仅如此，当温度较高时，整体电阻甚至下降到很小，以致变成和导体一样。 2：结点温度上升，使LED的光学参数，如输入的光强、波长等发生变化。 由于温度变化，led峰值发光波长向长波长方向移动，例如对于Ga0.65Al0.35As 波长变化为0.3~0.4 nm/℃，对于Ga0.97Al0.03As 波长变化为0.2~0.3 nm/℃ 在蓝光+YAG发出白光的LED中，由于蓝光波长发生变化，与荧光粉的受激波长不匹配，影响白光的发光质量和使用寿命。 3：结点温度上升将使封装树脂与金丝等材料的物理性能发生变化，从而对LED的工作可靠