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LED降低結溫的方法

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  1、什么是LED的結溫?

  LED的基本結構是一個(gè)半導體的P—N結。實(shí)驗指出,當電流流過(guò)LED元件時(shí),P—N結的溫度將上升,嚴格意義上說(shuō),就把P—N結區的溫度定義為L(cháng)ED的結溫。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸,因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結溫。

  2、產(chǎn)生LED結溫的原因有哪些?

  在LED工作時(shí),可存在以下五種情況促使結溫不同程度的上升:

  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(lián)電阻。當電流流過(guò)P—N結時(shí),同時(shí)也會(huì )流過(guò)這些電阻,從而產(chǎn)生焦耳熱,引致芯片溫度或結溫的升高。

  B、由于P—N結不可能極端完美,元件的注人效率不會(huì )達到100%,也即是說(shuō),在LED工作時(shí)除P區向N區注入電荷(空穴)外,N區也會(huì )向P區注人電荷 (電子),一般情況下,后一類(lèi)的電荷注人不會(huì )產(chǎn)生光電效應,而以發(fā)熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷,也不會(huì )全部變成光,有一部分與結區的雜質(zhì)或缺陷相結合,最終也會(huì )變成熱。

  C、實(shí)踐證明,出光效率的限制是導致LED結溫升高的主要原因。目前,先進(jìn)的材料生長(cháng)與元件制造工藝已能使LED極大多數輸入電能轉換成光輻射能,然而由于LED芯片材料與周?chē)橘|(zhì)相比,具有大得多的折射系數,致使芯片內部產(chǎn)生的極大部分光子(>90%)無(wú)法順利地溢出介面,而在芯片與介質(zhì)介面產(chǎn)生全反射,返回芯片內部并通過(guò)多次內部反射最終被芯片材料或襯底吸收,并以晶格振動(dòng)的形式變成熱,促使結溫升高。

  D、顯然,LED元件的熱散失能力是決定結溫高低的又一個(gè)關(guān)鍵條件。散熱能力強時(shí),結溫下降,反之,散熱能力差時(shí)結溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導材料,因此P—N結處產(chǎn)生的熱量很難通過(guò)透明環(huán)氧向上散發(fā)到環(huán)境中去,大部分熱量通過(guò)襯底、銀漿、管殼、環(huán)氧粘接層, PCB與熱沉向下發(fā)散。顯然,相關(guān)材料的導熱能力將直接影響元件的熱散失效率。一個(gè)普通型的LED,從P—N結區到環(huán)境溫度的總熱阻在300到 600℃/w之間,對于一個(gè)具有良好結構的功率型LED元件,其總熱阻約為15到30℃ /W。巨大的熱阻差異表明普通型LED元件只能在很小的輸入功率條件下,才能正常地工作,而功率型元件的耗散功率可大到瓦級甚至更高。

  3、降低LED結溫的途徑有哪些?

  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(huán)境溫度

  LED的輸入功率是元件熱效應的唯一來(lái)源,能量的一部分變成了輻射光能,其余部分最終均變成了熱,從而抬升了元件的溫度。顯然,減小LED溫升效應的主要方法,一是設法提高元件的電光轉換效率(又稱(chēng)外量子效率),使盡可能多的輸入功率轉變成光能,另一個(gè)重要的途徑是設法提高元件的熱散失能力,使結溫產(chǎn)生的熱,通過(guò)各種途徑散發(fā)到周?chē)h(huán)境中去。

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