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* LED散热原理与技术简介 LED散热原理与技术简介 LED热学特性及散热分析 产生热量的原因1 图 (a)电子与空穴结合产生辐射复合，辐射光子能量为hv≈Eg。图(b)在非辐射复合中，电子与空穴结合后转化为晶格振动（以热量的形式表现）在目前的技术条件下，不同波长的LED芯片中，非辐射复合百分比从1％（红橙色）～97％（深紫色）不等，因此芯片内量子效率为99％（红橙色）～3％（深紫色） LED散热原理与技术简介 产生热量的原因2 芯片PN结处发出的光子在通过芯片表面的时候，由于芯片的折射率远大于空气和封装用的硅胶，存在全反射的现象，导致到达表面的光子被反射回芯片内部，最终转换成了热量。外量子效率的定义为： ηex ＝芯片发射出的光子数量/PN结产生的光子数量。通常外量子效率从3％～30％不等（2008年） 制作白光单元的时候，由于荧光粉存在激发效率，也存在部分激发能量转换为热量。 不合理的光学设计也会导致产品出光效率低下，为出射的光能转化为热能。 因此综合上述原因，目前高亮度的LED产品仅有20％左右的电能最终转换为光能。 LED散热原理与技术简介 芯片的物理特性 芯片尺寸 目前市场上技术比较成熟的功率型LED芯片尺寸都在40mil(1mil＝1/25.4 in)，约1×1mm2左右，其功率密度高达1× w/m*2 。 芯片主要材料 蓝绿光PN结: GaN/GaNIn，掺杂有In，Al等 衬底：蓝宝石/碳化硅/铜合金等 LED散热原理与技术简介 传统的照明器件不同，白光LED的发光光谱中不包括红外部分，所以器件产生的热量不能依靠辐射释放出去，所产生的热量转化为使芯片本身温度升高的升高的能量。 单色LED光谱分布 白炽灯光谱分布 LED散热原理与技术简介 散热的重要性 1.温度对LED的影响 荧光粉 光谱分布 光输出 LED散热原理与技术简介 1.1 温度对黄色荧光粉激发效率的影响 LED散热原理与技术简介 1.2 光谱分布对色温和色坐标影响 LED散热原理与技术简介 测量结果 LED散热原理与技术简介 1.3 LED光输出与结温的关系 Cree公司的XLamp－7090XRE LED散热原理与技术简介 不同厂家LED测量结果 LED散热原理与技术简介 对于单个LED而言，如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出，则会导致芯片温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片的失效率也会上升。 研究表明：当温度超过一定值，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每上升2oC，可靠性下降10％ 。 影响器件可靠性 LED散热原理与技术简介 散热技术研究 热量传递基本方式 ——传导、对流、辐射 散热的基本方式 ——主动散热 ——被动散热 LED散热原理与技术简介 　　凡是有温度差的地方，就有热量自发地从高温物体传向低温物体，或者从物体的高温部分传向低温部分。热量传递是自然界和生产技术中一种非常普遍的现象。 热量传递的基本方式 三种热传递的基本方式 导热 对流 辐射 LED散热原理与技术简介 导热 : 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热（或者热传导）。 　　 基本公式为“Q= ×A×ΔT”。 其中： Q：单位时间内通过某一给定面积的热量，简称热流量。单位：W； ：材料的热传导系数，单位：W/(m K) A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)，单位： ΔT代表两端的温度差，单位：℃； 因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小与热传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。 LED散热原理与技术简介 几种常见金属材料的热传导系数（20℃） LED散热原理与技术简介 对流 : 对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。 　　 　　热对流的公式为“Q=H×A×ΔT”。 公式： Q依旧代表热量，也就是热对流所带走的热量； H为对流换热系数值， A则代表对流的有效面积； ΔT代表固体表面与区域流体之间的温度差。 因此热对流传递中，热量传递的数量同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系； 在传递热量恒定的情况下，ΔT越小，H×A需要越大。 LED散热原理与技术简介