如何解決LED散熱的問(wèn)題

LED被稱(chēng)為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。近年來(lái)，世界上一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞LED的研制展開(kāi)了激烈的技術(shù)競(jìng)賽。其中LED散熱一直是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題！

　　有研究數(shù)據(jù)表明，假如LED芯片結(jié)溫為25度時(shí)的發(fā)光為100%，那么結(jié)溫上升至60度時(shí)，其發(fā)光量就只有90%；結(jié)溫為100度時(shí)就下降到80%；140度就只有70%。可見(jiàn)改善散熱，控制結(jié)溫是十分重要的事。

　　除此以外LED的發(fā)熱還會(huì)使得其光譜移動(dòng)；色溫升高；正向電流增大（恒壓供電時(shí)）；反向電流也增大；熱應(yīng)力增高；熒光粉環(huán)氧樹(shù)脂老化加速等等種種問(wèn)題，所以說(shuō)，LED的散熱是LED燈具的設(shè)計(jì)中最為重要的一個(gè)問(wèn)題。

　　LED芯片結(jié)溫是怎么產(chǎn)生的

　　LED發(fā)熱的原因是因?yàn)樗尤氲碾娔懿](méi)有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是一部分轉(zhuǎn)化成為熱能。LED的光效目前只有100lm/W，其電光轉(zhuǎn)換效率大約只有20~30%左右。也就是說(shuō)大約70%的電能都變成了熱能。

　　具體來(lái)說(shuō)，LED結(jié)溫的產(chǎn)生是由于兩個(gè)因素所引起的。

　　1．內(nèi)部量子效率不高，也就是在電子和空穴復(fù)合時(shí)，并不能100％都產(chǎn)生光子，通常稱(chēng)為由“電流泄漏”而使PN區(qū)載流子的復(fù)合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉(zhuǎn)化為熱能，但這部分不占主要成分，因?yàn)楝F(xiàn)在內(nèi)部光子效率已經(jīng)接近90％。

　　2．內(nèi)部產(chǎn)生的光子無(wú)法全部射出到芯片外部而最后轉(zhuǎn)化為熱量，這部分是主要的，因?yàn)槟壳斑@種稱(chēng)為外部量子效率只有30％左右，大部分都轉(zhuǎn)化為熱量了。

　　雖然白熾燈的光效很低，只有15lm/W左右，但是它幾乎將所有的電能都轉(zhuǎn)化為光能而輻射出去，因?yàn)榇蟛糠值妮椛淠苁羌t外線，所以光效很低，但是卻免除了散熱的問(wèn)題。

　　LED的散熱現(xiàn)在越來(lái)越為人們所重視，這是因?yàn)長(zhǎng)ED的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)溫就高，壽命就短。大功率LED白光應(yīng)用及LED芯片散熱解決方法

　　當(dāng)今LED白光產(chǎn)品被逐漸運(yùn)用于各大領(lǐng)域投入使用，人們?cè)诟惺芷浯蠊β蔐ED白光帶來(lái)的驚人快感同時(shí)也在擔(dān)心其存在的種種實(shí)際問(wèn)題！

　　首先從大功率LED白光本身性質(zhì)來(lái)說(shuō)。大功率LED仍舊存在著發(fā)光均一性不佳、封閉材料的壽命不長(zhǎng)尤其是其LED芯片散熱問(wèn)題很難得到很好的解決，而無(wú)法發(fā)揮白光LED被期待的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。

　　其次從大功率LED白光市場(chǎng)價(jià)格來(lái)說(shuō)。當(dāng)今大功率LED還是一種貴族式的白光產(chǎn)品，因?yàn)榇蠊β十a(chǎn)品的價(jià)格還是過(guò)高，而且技術(shù)上還是有待完善，所以說(shuō)大功率白光LED產(chǎn)品不是誰(shuí)想用就能夠用的。下面分解下大功率LED散熱的相關(guān)問(wèn)題。

　　近些年在業(yè)界專(zhuān)家的努力下對(duì)大功率LED芯片散熱問(wèn)題提出了一下幾點(diǎn)改善方案：

　　1.通過(guò)提高LED晶片面積來(lái)增加發(fā)光量。

　　2.采用封裝數(shù)個(gè)小面積LED晶片。

　　3.改變LED封裝材料和螢光材料。

　　那么是不是通過(guò)以上三種方法就可以完全改進(jìn)大功率LED白光產(chǎn)品的散熱問(wèn)題了呢？實(shí)則斐然！首先我們雖然將LED芯片的面積增大，以此獲得更多的光通量（光單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的光束數(shù)即為光通量，單位ml）希望能夠達(dá)到我們想要的白光效果，但因其實(shí)際面積過(guò)大，而導(dǎo)致在應(yīng)用過(guò)程與結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了一些適得其反的現(xiàn)象。　　那么是不是大功率LED白光散熱問(wèn)題就真的無(wú)法解決了呢？當(dāng)然不是無(wú)法解決了。針對(duì)單純?cè)龃缶娣e而出現(xiàn)的負(fù)面問(wèn)題，LED白光業(yè)者們就根據(jù)電極構(gòu)造的改良及覆晶的構(gòu)造并利用封裝數(shù)個(gè)小面積LED晶片等方式從大功率LED晶片表面進(jìn)行改良從而來(lái)達(dá)到60lm/W的高光通量低高散熱的發(fā)光效率。

　　其實(shí)還有一種方法可以有效改進(jìn)大功率LED芯片散熱問(wèn)題。那就是將其白光封裝材料用硅樹(shù)脂取代以往的塑料或者有機(jī)玻璃。更換封裝材料不僅能夠解決LED芯片散熱問(wèn)題更能夠提高白光LED壽命，真是一箭雙雕啊。我想說(shuō)的是幾乎所有像大功率LED白光這樣的高功率白光LED產(chǎn)品都應(yīng)該采用硅樹(shù)脂作為封裝的材料。為什么現(xiàn)在大功率LED中必須采用硅膠作為封裝材料？因?yàn)楣枘z對(duì)同樣波長(zhǎng)光線的吸收率不到1%。但是環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)400-459nm的光線吸收率高達(dá)45%，很容易由于長(zhǎng)期吸收這種短波長(zhǎng)光線以后產(chǎn)生的老化而使光衰嚴(yán)重。

　　當(dāng)然在實(shí)際的生產(chǎn)生活中還會(huì)出現(xiàn)很多像大功率LED白光芯片散熱這樣的問(wèn)題，因?yàn)槿藗儗?duì)大功率LED白光越廣泛的應(yīng)用就會(huì)出現(xiàn)越深入難解的種種問(wèn)題！LED芯片的特點(diǎn)是在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生極高的熱量。而LED本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導(dǎo)出去，否則就會(huì)產(chǎn)生很高的結(jié)溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，人們?cè)贚ED的芯片結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了很多改進(jìn)。為了改善LED芯片本身的散熱，其最主要的改進(jìn)就是采用導(dǎo)熱更好的襯底材料。像Cree公司的LED的熱阻因?yàn)椴捎昧颂蓟枳骰?，要比其他公司的熱阻至少低一倍?/p>

　　即使能夠解決從晶片到封裝材料間的抗熱性