大功率led散热技术研究

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1、大功率LED散热技术研究摘要：如何提高大功率LED的散热能力,是LED器件封装和器件应用设计要解决的核心问题。介绍并分析了国内外大功率LED散热封装技术的研究现状,总结了其发展趋势与前景用途关键词：大功率LED；散热；封装1引言发光二极管（LED）诞生至今，已经实现了全彩化和高亮度化，并在蓝光LED和紫光LED的基础上开发了白光LED，它为人类照明史又带来了一次飞跃。发光二极管（LED）具有低耗能、省电、寿命长、耐用等优点,因而被各方看好将取代传统照明成为未来照明光源。而大功率LED作为第四代电光源，赋有“

2、绿色照明光源”之称，具有体积小、安全低电压、寿命长、电光转换效率高、响应速度快、节能、环保等优良特性，必将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯而成为21世纪的新一代光源。普通LED功率一般为0.05A，大功率LED可以达到1．从而导致YAG荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升高l℃．LED的发光强度会相应减少l％左右．当器件从环境温度上升到l20℃时．亮度下降多达35％。当多个LED密集排列组成白光照明系统时．热量的耗散问题更严重。因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决

3、条件。3国内外的研究进展散热的基本途径主要有以下三种：热传导、对流、辐射。与其它固体半导体器件相比，LED器件对温度的敏感性更强。由于受到芯片工作温度的限制，芯片只能在125℃以下工作，因此器件的热辐射效应基本可以忽略不计，热传导和对流是LED散热的主要方式。在散热设计时先从热传导方面考虑，因为热量首先从LED封装模块中传导到散热器。针对高功率LED的封装散热难题国内外器件的设计者和制造者提出许多方法。现在传统散热方法有：鳍片散热、风冷、液冷、热管散热、半导体制冷等。现在有些新方法也被陆续提出来，比如超声制

4、冷、超导制冷以及将多种散热方法有效集成在一个器件之中。下面简单介绍几种常见散热方法。3.1被动鳍片法散热鳍片担负着将发热物体产生的热量散发到周围空气中的使命。散热片通过和芯片表面的紧密接触使芯片的热量传导到散热片，散热片通常是一块带有很多叶片的热的良导体。散热片性能主要和材料的导热系数、总散热面积及形状设计有关。材料导热系数越高，传热能力越强，一般金属的传热性能顺序为：银，铜，金，铝。散热鳍片形状可设计成多种阵列，如条形阵列、圆柱针状阵列等，如图1所示鳍片法是目前经常用的方式，结构简单；它的缺点就是散热效率

5、低，散热能力有限，易受积尘等影响使散热效率降低。3.2传统的主动式散热法主动式散热法包括风冷和夜冷，但主要使用风冷。风冷主要是使用风扇进行强制的对流使热量散发。因其安装简便、成本较低、散热效果明显、适应性强、产品更新换代灵活等特点成为当今散热技术的主流。通常使用散热片和风扇结合的方式，散热片充分扩展的表面使热对流面积大大增加，同时风扇增加对流系数从而散发更多的热量。如图2所示。但是它的缺点就是会需要额外的一个功耗，要增加它的能耗，系统的可靠性、稳定性就好下降，而且它受恶劣环境的影响，它的性能也会发生变异。3

6、.3传统的热管技术热管利用蒸发散热，使得热管两端温度差很大，热量传导迅速，利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回

7、蒸发端，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端，如图3所示。但其需结合其他散热方式导致它的成本增加。3.4小结目前,随着功率型LED的亮度提升,驱动电流的日益增大,解决散热问题已成为大功率LED实现产业化的先决条件。总的来说，具有低热阻、良好散热能力以及低机械应力的新式封装结构是封装体的技术关键。4发展趋势大功率白光LED具有很多优点，其应用面不断扩大，可预见未来将进入普通照明领域，具有强大的市场潜力。对于LED的研究和开发，国际著名的照明公司均给予了其足够的重视，并斥巨资投究与开发，研究的焦点主要集中在

8、新发光材料、封装材料等：Philips照明公司与HP公司合资的LumiledsLighting公司；美国Cree、德国Siemens和Osram联合；美国GE公司与Emcore公司合资的Gelcore公司；日本的日亚（Nichia）、Toshiba和Honda联合等均投入大量人力、物力、财力进行研究，以期在这一新世纪光源领域占领制高点，如表1所示。我国LED产业从上世纪七十年代开始，一直紧跟世界LED产业发展的步