入门篇-导散热第四讲-LED导散热-V1.pdfVIP

LED導散熱導散熱 光通平台 uts2539@ 傳統光源白熾燈有73%以紅外線輻射方式進 行散熱，在周圍可以感受到高溫高熱，所以 燈泡本體熱累積現象輕微燈泡本體熱累積現象輕微 ，而而LEDLED產生的光產生的光 ， 大多分佈在以可見光或紫外光居多，不能以 輻射方式幫助散熱輻射方式幫助散熱 ，又因又因LEDLED封裝封裝面積較小面積較小 ， 難以將熱量散出，導致LED照明品質有很大 的問題產生的問題產生 ，由此得知由此得知LEDLED熱能問題是目前熱能問題是目前 急待被解決。 LED為什麼要散熱 眾所周知，LED是高能效光源，而且因為體積小深受設計師 的喜愛。但只有當不涉及熱管理時，它們才可以被真正地稱為 “ 小小” 。。雖然與白熾光源高達雖然與白熾光源高達 2500℃2500℃的工作溫度相比的工作溫度相比 ，，LEDLED光光 源溫度要低得多。因此，許多設計師最終意識到散熱是個不可 忽視的問題。儘管LED仍然會發熱，但其溫度相對低一些，因 此這不會有什麼大問題。不過，基於半導體器件LED其工作溫度 應低於100℃。 根據能量守恆定律，熱(能)必須要被傳送到附近區域。LED 只能工作在25℃環境溫度和最高100℃之間，溫差範圍僅為 75℃。因此因此 ，需要需要一個個 較大的散熱表面和非常有效的熱管理較大的散熱表面和非常有效的熱管理 。 理論上理論上LEDLED總的電光轉換效率約為總的電光轉換效率約為54%(54%(理論值理論值),),在現實只有理論在現實只有理論 值的1/4;其餘的電能將以熱能的形式釋放,這就是LED為什麼要 散熱的原因; 散熱不好,,造成溫度上升;; ① 溫度上升發光效率下降; ②② 溫度上升溫度上升主波長受影響主波長受影響 ：藍光向短波長漂移藍光向短波長漂移,其它其它 顏色向長波長漂移(紅光) ③③ 溫度上升溫度上升相關色溫相關色溫(CCT)(CCT) ：：白光的相關色溫升高白光的相關色溫升高,其它其它 色溫將下降; ④④ 溫度上升正向電壓正向電壓下降; ⑤ 溫度上升反向電流增大; ⑥ 溫度上升熱應力增大; ⑦⑦ 溫度上升溫度上升元器件的使用壽命減短元器件的使用壽命減短; ⑧ 溫度上升如是帶螢光粉,環氧樹脂的led, 溫度上升將導 致這些材料發生劣化致這些材料發生劣化;; 上述也只是部分溫度過高對LED部分性能產生影響,實際受影 響的遠遠不止這些, 嚴重的將導致LED燈失效; 基本熱力學基本熱力學 1. 傳導式散熱 22. 對流式散熱對流式散熱 33. 輻射式散熱輻射式散熱 散熱最主要問題點就在散熱最主要問題點就在 ““面積面積”” ；另外另外 ， 由於因輻射在接近室溫情況下散熱量非 常小常小 ，所以最主要討論的散熱方式在傳所以最主要討論的散熱方式在傳 導和對流兩方面。 在了解散熱之前還要知道熱歐姆定理，傳統的電流 歐姆定理歐姆定理 ：：VV IRIR ，壓降壓降 電流電流 ××電阻電阻 ，電阻愈大電阻愈大 ， 壓降就愈大，表示電壓在元件 中消耗量愈大；同樣 的的 ，熱歐姆定理熱歐姆定理 ：：ΔTΔT QRQR ，溫差溫差 熱流熱流 ××熱阻熱阻 ，當當 熱阻愈大時，就有愈多的熱殘留在元件內，這說明 了散熱效果要越好了散熱效果要越好 ，熱阻就要越低熱阻就要越低 。 熱歐姆定理是熱歐姆定理是 以熱阻(Thermal resistance)將熱傳以物理量量化， 計算方式為計算方式為LEDLED介面溫度與室溫的溫差除以單位輸介面溫度與室溫的溫差除以單位輸 入功率。 簡單來說，如熱阻為10℃/W，表示每輸 入入11WW的能量會是的能量會是LEDLED上升上升1010℃℃ 。 LEDLED的熱管理的熱管理 熱傳是以等向性的方式傳遞，傳遞方向可大致區 分成垂直與水平方向。 垂直方向相當於將熱阻串 聯，串聯數愈多，熱阻愈大。 水平傳遞等於是並 聯熱阻，並聯熱阻數愈多熱阻越低，表示增大傳 導面積和加強傳熱速率。 因此要有較佳的散熱效 果，所傳導的層數要越少且截面積要越大。 LEDLED元件垂