LED结温的来源及降低措施

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LED结温的来源及降低措施

中心议题： LED结温及其降低方法 / k& r7 f: s3 t0 g( z解决方案： , l+ K; W8 u+ }* N4 s& k. u' p减少LED本身的热阻 减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻 7 n+ B6 n% Z: d# O6 r& D4 `控制额定输入功率 6 a. _4 |: }# W% T& B 1、什么是LED的结温? / h# U) f: V, A2 P0 i$ D 2 K5 k" v6 q0 v: g* uLED的基本结构是一个LED照明的P—N结。实验指出，当电流流过LED元件时，P—N结的温度将上升，严格意义上说，就把P—N结区的温度定义为LED的结温。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。 / p" D0 c) L# i. c, |; l2、产生LED结温的原因有哪些? 3 h3 z- x7 f2 X: }' }$ u 在LED工作时，可存在以下五种情况促使结温不同程度的上升： 3 y; O; y2 g$ K5 N# R A、元件不良的电极结构，视窗层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，这些电阻相互垒加，构成LED元件的串联电阻。当电流流过P—N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。 B、由于P—N结不可能极端完美，元件的注人效率不会达到100%，也即是说，在LED工作时除P区向N区注入电荷(空穴)外，N区也会向P区注人电荷 (电子)，一般情况下，后一类的电荷注人不会产生光电效应，而以发热的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入电荷，也不会全部变成光，有一部分与结区的杂质或缺陷相结合，最终也会变成热。 # u- W0 P' `- _* F ; k* H: q3 H. V: x0 L  X  {, ^' N/ NC、实践证明，出光效率的限制是导致LED结温升高的主要原因。目前，先进的材料生长与元件制造工艺已能使LED极大多数输入电能转换成光辐射能，然而由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的极大部分光子(>90%)无法顺利地溢出介面，而在芯片与介质介面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。 1 w2 [6 @6 w0 Y2 x; S4 q ) w) [2 o9 Q9 `) d3 d  J, P: Z+ \D、显然，LED元件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。由于环氧胶是低热导材料，因此P—N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散发到环境中去，大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层， PCB与热沉向下发散。显然，相关材料的导热能力将直接影响元件的热散失效率。一个普通型的LED，从P—N结区到环境温度的总热阻在300到 600℃/w之间，对于一个具有良好结构的功率型LED元件，其总热阻约为15到30℃ /W。巨大的热阻差异表明普通型LED元件只能在很小的输入功率条件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。 % j% U; h8 d% Z$ U* N4 T1 U 5 F- ]7 F" x, W3、降低LED结温的途径有哪些? : A2 @1 G$ A: {) V; P A、减少LED本身的热阻; ! Y1 D/ a2 I8 b( o3 a : A* l  x5 d6 k7 tB、良好的二次散热机构; C、减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻; " ]; S+ K, r& C( n , ^* \' D  ~; o5 e; C9 eD、控制额定输入功率; E、降低环境温度 LED的输入功率是元件热效应的唯一来源，能量的一部分变成了辐射光能，其余部分最终均变成了热，从而抬升了元件的温度。显然，减小LED温升效应的主要方法，一是设法提高元件的电光转换效率(又称外量子效率)，使尽可能多的输入功率转变成光能，另一个重要的途径是设法提高元件的热散失能力，使结温产生的热，通过各种途径散发到周围环境中去。

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