大功率LED散熱知識普及 一

2022-07-05 12:48:02 字數 1855 閱讀 7384

1. 熱阻rth

晶元表面每耗散1w的功率,晶元pn結點的溫度與連線的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻rth,單位為℃/w(熱阻是沿熱流通道上的溫度差與耗散功率之比)對於led來說:一般是指pn結到熱沉上的熱阻。

2. 影響熱阻大小的因數

a. 與led晶元本身的結構與材料有關

b. 與led晶元粘結所用的材料的導熱性能及粘結時的質量有關

c. 與熱沉的材料以及散熱面積有關

3. 熱阻的測量方法

rt h =( tj-tx)/p

tj為施加大小為p的加熱功率脈衝後測得的led結溫;tx為熱沉鋁基板上的溫度。

由於pn結的結溫不能直接測量,而且恆定電流下led的正向電壓與溫度具有很好的線性關係,因此通常採用正向電壓法測量led的熱阻。

4. 正向電壓法測量led的熱阻

a. 輸入電壓隨溫度的變化關係vt j=vt o +k(tj-to) (1)

b. 熱阻是沿熱流通道上的溫度差與耗散功率之比rt h =( tj-tx)/p (2)

將(1)和(2)合併為rth =δvf/k·p (3)

將開關先打到1,穩定後,測得led的電壓為vf1,再將開關打到2,穩定後,再將開關打回到1,測得led的電壓為vf2,根據公式(3)即可測出熱阻。

5. 導致pn結溫度公升高的4種原因

a. 元件不良的電極結構,視窗層襯底或結區的材料以及導電銀膠等均存在一定的電阻值,這些電阻相互壘加,構成led元件的串聯電阻。當電流流過p—n結時,同時也會流過這些電阻,從而產生焦耳熱,引致晶元溫度或結溫的公升高。

b. 由於p—n結不可能極端完美,元件的注人效率不會達到100%,也即是說,在led工作時除p區向n區注入電荷(空穴)外,n區也會向p區注人電荷(電子),一般情況下,後一類的電荷注人不會產生光電效應,而以發熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷,也不會全部變成光,有一部分與結區的雜質或缺陷相結合,最終也會變成熱。

c. 出光效率的限制是導致led結溫公升高的主要原因。目前,先進的材料生長與元件製造工藝已能使led極大多數輸入電能轉換成光輻射能,然而由於led晶元材料與周圍介質相比,具有大得多的折射係數,致使晶元內部產生的極大部分光子(>90%)無法順利地溢位介面,而在晶元與介質介面產生全反射,返回晶元內部並通過多次內部反射最終被晶元材料或襯底吸收,並以晶格振動的形式變成熱,促使結溫公升高。

d. led元件的熱散失能力是決定結溫高低的又乙個關鍵條件。散熱能力強時,結溫下降,反之,散熱能力差時結溫將上公升。

由於環氧膠是低熱導材料,因此p—n結處產生的熱量很難通過透明環氧向上散發到環境中去,大部分熱量通過襯底、銀漿、管殼、環氧粘接層, pcb與熱沉向下發散。因此,相關材料的導熱能力將直接影響元件的熱散失效率。

6. 降低led結溫的5種途徑

a. 減少led本身的熱阻

b. 良好的二次散熱機構

c. 減少led與二次散熱機構安裝介面之間的熱阻

d. 控制額定輸入功率

e. 降低環境溫度

總結:led的輸入功率是元件熱效應的唯一**,能量的一部分變成了輻射光能,其餘部分最終均變成了熱,從而抬公升了元件的溫度。顯然,減小led溫公升效應的主要方法,一是設法提高元件的電光轉換效率(又稱外量子效率),使盡可能多的輸入功率轉變成光能,另乙個重要的途徑是設法提高元件的熱散失能力,使結溫產生的熱,通過各種途徑散發到周圍環境中去。

7. led的光衰

a. led產品本身品質問題:1、採用的led晶元體質不好,亮度衰減較快。

2、生產工藝存在缺陷,led晶元散熱不能良好的從pin腳匯出,導致led晶元溫度過高使晶元衰減加劇。

b. 使用條件問題:1、led為恆流驅動,有部分led採用電壓驅動原因使led衰減過來。

2、驅動電流大於額定驅動條件。

總結:其實導致led產品光衰的原因很多,最關鍵的還是熱的問題。

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