大功率白光LED的灯具散热分析

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1、大功率白光LED灯具的散热分析’’。周志刚杨广华李玉兰f1．天津工业大学信息与通信工程学院，天津300160；2．天津军事交通学院，天津300160)一代LED灯具正在迅速发展起来[摘要]目前，新。但随之而来的也有许多待解决的问题就是一D散热问题着手分别从LED器件制作的本身个特别突出的问题。本文就从LE，、散热基板分析了LED照明灯具的散热问题和解决方案。[关键词]散热；灯具；LEDLED光亮度输出的影响：(2)温度对LED光输出颜色的影1．引言响：(3)温度所造成的LED的失效。图2(a)显示了LED发光大功率LED白光照明具有三个最为主要的优点：节能、芯片的结合点温度和LED的

2、出光量问的关系，两者成反比：一代光源环保、长寿命，是目前替代传统光源的新。在LED图2fb)显示了LED点亮后散热片温度和LED光衰程度的工作的过程中，其PN结产生大量的热而导致PN结温快速关系，LED结合点温度和散热片的温度是线性关系。可以看上升。所产生的热量主要通过LED基板传导到外部安装的出，散热片温度越高，LED光衰越大。散热装置来进行散热。因此，散热设计对LED光源的性能起着至关重要的作用，良好的散热设计可以大幅度地延长LED的使用寿命。大功率LED照明灯具散热问题的解决方法主要有两种：(1)改善制备的芯片出光的效率问题，提高芯片发光的内量子效率和外量子效率，从而有效地从根

3、本上解决热量的产生：(2)在基板上配置合理的散热结构或装置。本文将首先讨论温度对LED发光的影响，之后从这两种方法出发，对大功率白光LED照明灯具的散热问题进行讨论，并提出初结合点温度，℃步解决方案。(a)2．PN结发热对大功率LED照明灯具的影响LED芯片的有源区面积小，工作电流大，造成LED芯片的＼：]_=作温度高。结温上升导致LED输出光功率减小，加速习鳞t”】芯片蜕化，器件寿命缩短。随结温的上升LED的波长还将米智“”发生红移效应孽。如果要考虑到实际应用中对色漂移的不良影响，散热设计也要对最高结温进行限制。芯片工作时产生的热量通过内热通路传导至热沉，热沉通过空气对流或向外辐射

4、散热。LED结构及散热通路如图1所示。(b)图2温度LED发光的影响3．高出光率封装技术在LED使用过程中，辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失，主要包括三个方面：(1)芯片内部结构缺陷以及材料的吸收；(2)光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失；(3)以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射图1LED散热结构示意图损失'-。因此，很多光线无法从芯片中出射N~I部。可以通过在LED散热管理对大功率LED的影响主要有。。。：(I)温度对芯片表面涂覆层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶1，由作者简介：周志刚，男，天津人，本科，研究方向：半导体材料发光，LED灯具。一89—经验交流

5、于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在界面本也是一个不利因素。Al基板的优点很多，总结如下：的损失，提高了取光效率。此外，灌封胶的作用还包括对芯片(1)以完全无机的结构组成使得基板可以连续地在高温进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构。因此，LED下工作，减少了因散热不畅而导致的失效问题；中使用的灌封胶要求具有透光率高、折射率高、热稳定性好、(2)可以把LED芯片等组件直接组装在铝合金基板上，流动性好、易于喷涂等优点。为提高LED封装的可靠性，还省掉了额外贴装的热沉或安装在其底部的金属部件，降低了要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用组装的成本；的灌封胶

6、包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高，折(3)铝用于热沉时为增强其散热性能，一般都要加工以射率大，热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点，明显优于环获得更多散热面积并对其阳极氧化处理，散热面可以在微弧氧树脂，在大功率LED封装中得到广泛应用，但成本较高。氧化流程中进行；研究表明，提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来(4)微弧氧化几乎适用于任何复杂形状的铝制品，这为的光子损失，提高外量子效率，但硅胶性能受环境温度影响封装的外形设计和后期工艺流程提供了更多的自由度；较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折(5)铝有利于光学反射，可以就此依托铝芯制作反射杯。射率降低，从

7、而影响LED光效和光强分布。A1基板不仅自身成本低，而且简化了随后的制作工艺从而在LED封装中通常使用荧光粉形成白光。其特性主要降低了成本，具有明显的成本优势。包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳定性(热和化学)等，5．散热片的应用其中，发光效率和转换效率是关键。研究表明，随着温度上散热片的种类很多，由制造方式来看，气冷的散热片可升，荧光粉量子效率降低，出光减少，辐射波长也会发生变分为压印散热片、挤型散热片、铸造散热片、接着散热片、折化，从而引起白光LE