1.什么是
LED的結(jié)溫?
Fe/*U4xU Ybok[5 LED的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)
半導(dǎo)體的P—N結(jié)。實(shí)驗(yàn)指出,當(dāng)電流流過LED組件時(shí),P—N結(jié)的溫度將上升,嚴(yán)格意義上說,就把P—N結(jié)區(qū)的溫度定義為LED的結(jié)溫。通常由于組件
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(jié)溫。
HZP`u >. /#Xz+#SqY 2.產(chǎn)生LED結(jié)溫的原因有哪些?
a]ftE\99 @0)bY*njj 在LED工作時(shí),可存在以下五種情況促使結(jié)溫不同程度的上升:
S&QZ"4jq xUeLX`73 a、組件不良的電極結(jié)構(gòu),視窗層襯底或結(jié)區(qū)的材料以及導(dǎo)電銀膠等均存在一定的電阻值,這些電阻相互壘加,構(gòu)成LED組件的串聯(lián)電阻。當(dāng)電流流過P—N結(jié)時(shí),同時(shí)也會流過這些電阻,從而產(chǎn)生焦耳熱,引致芯片溫度或結(jié)溫的升高。
+q=/}| 3-Ti'xM b、由于P—N結(jié)不可能極端完美,組件的注人效率不會達(dá)到100%,也即是說,在LED工作時(shí)除P區(qū)向N區(qū)注入電荷(空穴)外,N區(qū)也會向P區(qū)注人電荷(電子),一般情況下,后一類的電荷注人不會產(chǎn)生光電效應(yīng),而以發(fā)熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷,也不會全部變成光,有一部分與結(jié)區(qū)的雜質(zhì)或缺陷相結(jié)合,最終也會變成熱。
i4uUvZf f-23.]`v c、實(shí)踐證明,出光效率的限制是導(dǎo)致LED結(jié)溫升高的主要原因。目前,先進(jìn)的材料生長與組件制造工藝已能使LED極大多數(shù)輸入電能轉(zhuǎn)換成光輻射能,然而由于LED芯片材料與周圍介質(zhì)相比,具有大得多的折射系數(shù),致使芯片內(nèi)部產(chǎn)生的極大部分光子(>90%)無法順利地溢出界面,而在芯片與介質(zhì)界面產(chǎn)生全反射,返回芯片內(nèi)部并通過多次內(nèi)部反射最終被芯片材料或襯底吸收,并以晶格振動的形式變成熱,促使結(jié)溫升高。
Qb SX'mx< +1cK (Si d、顯然,LED組件的熱散失能力是決定結(jié)溫高低的又一個(gè)關(guān)鍵條件。散熱能力強(qiáng)時(shí),結(jié)溫下降,反之,散熱能力差時(shí)結(jié)溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導(dǎo)材料,因此P—N結(jié)處產(chǎn)生的熱量很難通過透明環(huán)氧向上散發(fā)到環(huán)境中去,大部分熱量通過襯底、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(dǎo)熱能力將直接影響組件的熱散失效率。一個(gè)普通型的LED,從P—N結(jié)區(qū)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(jié)構(gòu)的功率型LED組件,其總熱阻約為15到30℃/w。巨大的熱阻差異表明普通型LED組件只能在很小的輸入功率條件下,才能正常地工作,而功率型組件的耗散功率可大到瓦級甚至更高。
Z-/ E$j W{0<ro` 3.降低LED結(jié)溫的途徑有哪些?
2?m'Dy'JE C"YM"9JSJ a、減少LED本身的熱阻;
YxsWY7J ,Z52dggD b、良好的二次散熱機(jī)構(gòu);
M/#<=XhA \6sp"KqP c、減少LED與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝界面之間的熱阻;
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