LED散热知识大全.doc

LED散热*概述 　由于其节电、环保、长寿命，而被公认为下一带照明技术，将取代现有的各种照明技术。一般而言，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性。LED为冷光源，怕热，有80%之多的电能转化为热能，必须有散热措施，虽然LED发光技术已有飞跃发展，有每瓦发光达200lm的报道，但LED散热却是LED照明中非常头痛，但又还没得到有效解决的问题，成了LED照明灯普及发展道路上的拦路虎。 LED*结温的原因 　　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的光效目前只有100lm/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素所引起的。 　　1.内部量子效率不高，也就是在电子和空穴复合时，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。泄漏电流乘以电压就是这部分的功率，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.内部产生的光子无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，因为目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了。 虽然白炽灯的光效很低，只有15lm/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。 LED散热*意义 　　?LED的热性能直接影响其： 　　?1、发光效率-温度上升，光效降低。 　　?2、主波长-温度上升，蓝光向短波长漂移，其它颜色向长波长的漂移 红移 。 　　?3、相关色温 CCT -温度上升，白光的相关色温升高，其它颜色的相关色温降低。 　　?4、正向电压-温度上升，正向电压降低。 　　?5、反向电流-温度上升，反向电流增大。 　　?6、热应力-温度上升，热应力增大。 　　?7、器件的使用寿命-温度上升，器件的使用寿命减短。 　　?8、如果有荧光粉，环氧树脂等，温度的上升还将导致这些材料发生劣化。 　　除此以外LED的发热还会使得其光谱移动;色温升高;正向电流增大 恒压供电时 ;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灯具的设计中最为重要的一个问题。 LED散热*解决途径 　　一、型材散热 　　热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射。热传导和对流需要借助介质进行，而热辐射则不需要 如真空中 。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。LED晶粒基板主要是作为LED 晶粒与系统电路板之间热能导出的媒介，藉由打线、共晶或覆晶的制程与LED 晶粒结合。而基于散热考量，目前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板为主，以线路备制方法不同约略可区分为：厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶瓷基板三种，在传统高功率LED元件，多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为晶粒散热基板，再以打金线方式将LED晶粒与陶瓷基板结合。如前言所述，此金线连结 限制了热量沿电极接点散失之效能。因此，近年来，国内外大厂无不朝向解决此问题而努力。其解决方式有二，其一为寻找高散热系数之基板材料，以取代氧化铝，包含了矽基板、碳化矽基板、阳极化铝基板或氮化铝基板，其中矽及碳化矽基板之材料半导体特性，使其现阶段遇到较严苛的考验，而阳极化铝基板则因其阳极化氧 化层强度不足而容易因碎裂导致导通，使其在实际应用上受限，因而，现阶段较成熟且普通接受度较高的即为以氮化铝作为散热基板;然而，目前受限于氮化铝基板 不适用传统厚膜制程 材料在银胶印刷后须经850℃大气热处理，使其出现材料信赖性问题 ，因此，氮化铝基板线路需以薄膜制程备制。以薄膜制程备制之氮化铝基板大幅加速了热量从LED晶粒经由基板材料至系统电路板的效能，因此大幅降低热量由LED晶粒经由金属线至系统电路板的负担，进而达到高热散的效果。 　　另一种热散的解决方案为将LED晶粒与其基板以共晶或覆晶的方式连结，如此一来，大幅增加经由电极导线至系统电路板之散热效率。然而此制程对于基板的布线精确度与基板线路表面平整度要求极高，这使得厚膜及低温共烧陶瓷基板的精准度受制程网版张网问题及烧结收缩比例问题而不敷使用。现阶段多以导入薄膜陶瓷基 板，以解决此问题。薄膜陶瓷基板以黄光微影方式备制电路，辅以电镀或化学镀方式增加线路厚度，使得其产品具有高线路精准度与高平整度的特性。共晶/覆晶制 程辅以薄膜陶瓷