本文分析了大功率LED光源热的产生、传导,依据热阻基本公式推导出比较完整的热阻计算公式和测试方法,并讨论了计算、测试热阻对大功率LED封装设计的实践意义和应用产品的热量处理。
关键词:热量管理 P-N结温 热阻
Thermal Analyse and Design of High-Power LED
Abstract: This paper introduce the heat produce and conduct of High-Power LED lighTIng source,then conclude the formula for calculaTIng heat resistance and show a test method. The pracTIce meaning of calculaTIon and test method for High-Power LED ‘s design has been discussed, we give some thermal management advice for the product’s applying as well.
Key Words: Thermal management P-N Junction Temperature Heat resistance
引言
随着LED超高亮度的出现及LED色彩的丰富,LED的应用也由最初的指示扩展到交通、大屏幕显示、汽车刹车灯、转向灯、工程建筑装饰灯、特种照明领域并正在向普通照明积极推进。阻碍这一发展的最大敌害是LED的热量管理,因此从事热阻、结温、热参数匹配等问题的研究和改进具有深远的意义。
如何降低大功率LED的热阻、结温,使PN结产生的热量能尽快的散发出去,不仅可提高产品的发光效率,提高产品的饱和电流,同时也提高了产品的可靠性和寿命。据有关资料分析,大约70%的故障来自LED的温度过高,并且在负载为额定功率的一半的情况下温度每升高200C故障就上升一倍。为了降低产品的热阻,首先封装材料的选择显得尤为重要,包括晶片、金线,硅胶、热沉、粘结胶等,各材料的热阻要低即要求导热性能好;其次结构设计要合理,各材料间的导热性能和膨胀系数要连续匹配。避免导热通道中产生散热瓶颈或因封装物质的膨胀或收缩产生的形变应力,使欧姆接触、固晶界面的位移增大,造成LED开路和突然失效。
目前测量半导体器件工作温度及热阻的主要方法有:红外微象仪法,电压参数法,还有光谱法,光热阻扫描法及光功率法。其中电压法测量LED热阻最常用。