1.什么是LED的结温? h(K4AiGE
2Nzcej
LED的基本结构是一个半导体的P—N结。实验指出,当电流流过LED组件时,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。通常由于组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。 J@-9{<
TuR?r`P%
2.产生LED结温的原因有哪些? ^W*)3;5
3hjwwLKG$
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: 4IpFT; `q
{x$#5PW
a、组件不良的电极结构,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组件的串联电阻。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。 f4^_FK&
1a4 $.
{
b、由于P—N结不可能极端完美,组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。 :O=Vr]Y8K
'KrkCA
c、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,先进的材料生长与组件制造工艺已能使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%)无法顺利地溢出界面,而在芯片与介质界面产生全反射,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。 k}7)pJNj
kKO]q#9sO
d、显然,LED组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组件的热散失效率。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组件,其总热阻约为15到30℃/w。巨大的热阻差异表明普通型LED组件只能在很小的输入功率条件下,才能正常地工作,而功率型组件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。 +#9 (T
G7xjW6^T
3.降低LED结温的途径有哪些? &?pAt30K:
;f*xOdi*k
a、减少LED本身的热阻; g#NUo/
x/v+7Pt_
b、良好的二次散热机构; =l{KYv
@1X1E 2:
c、减少LED与二次散热机构安装界面之间的热阻; lsf?R'1
Z k_&Kw|
d、控制额定输入功率; l0)6[yXK
C*zdHzMj
e、降低环境温度 DSa92:M}
n\,W:G9AR7
LED的输入功率是组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,从而抬升了组件的温度。显然,减小LED温升效应的主要方法,一是设法提高组件的电光转换效率(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组件的热散失能力,使结温产生的热,通过各种途径散发到周围环境中去。