高功率led散热限制与改良设计关键

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1、高功率LED散熱限制與改良i设計關鍵發光二極體(LED)lll於發光原理的差異，明顯異於一般燈具的發光技術，因此具備低能耗、省電、壽命長與耐用等優點，在各方強調「飾能」的應用大前提下，LED用於取代傳統光源的應用方式H然而然成為業者看好的發光技術，成為極具未來發展前景的照明光源。然而，LED為點狀光源，其發光過程所產牛的熱源全部集屮在單一點，而隨著功率增加、LED所產生廢熱無法有效散出，將導致發光效率下降，改善散熱效率為發展生活照明應用的重要關鍵…LED使用壽命一般定義為當LED發光效率低於70%,

2、即可視為LED壽命達到更換的程度，一般LED的發光效率會隨使用峙間增長與應用次數增多而持績降低，至於過高元件與接面溫度，也會加速LED發光效率衰減。高功率的LED需輔以更完善的散熱設計延長具壽命與維持發光效果(lumex)為達到提升發光效能，常見也冇將多晶粒置於單LED元件的製作方式，更考驗其散熱設計(lumex)LED晶片技術H益成熟，觀察單一LED的晶片輸入功率，目前已可達5W或更高狀態，雖說如此畢竟應用溫度過高也會加速译•品老化，一般的作法是透過主、被動冷卻手段，防止LED工作溫度持續增高，若

3、不能冇效將晶片接面與木體的熱散出，元件木身所產生熱效應會變得越來越顯著，即先前提到的加速元件衰竭、減少壽命的使用問題，當接面湍度升高也會影縛品片產生亮度，溫度升高也會使發射光譜產生紅移、色溫甜質下降。LED的p-n接面溫度影響發光效果其巨當LED發光二極體的p-n接面，湍度(JunctionTemperature)逹25°C的典型工作溫度時，此時LED的亮度定義為100,若溫度升高至75°C狀態，亮度會持續遞減至80,若持續加溫至元件至125°C,發光亮度可能僅達到60以下！接而溫度與發光亮度呈反比

4、線性關係相當明確。接面湍度除影嚮照明品質，元件的高湍也會對使用壽命產生極大影縛，一般而言，湍度與亮度的相關性為線性遞減，但相對於「壽命」，其影轡卻是呈現指數遞減狀態，影響的層血更為顯著。同樣採接面溫度為分析比較的基礎，若元件持續40~50°C則LED可達到20,000小峙運作壽命，若元件溫度為60~75°C測試結果會僅剩10,000小時使用壽命，再將元件的環境與接面溫度提升至100°C以上，元件壽命會僅剩5,000小時！元件與環境溫度會大幅影纓LED使用壽命的結果相當顯著。針對LED發熱單點進行高效

5、散熱即便LED本身在屮、低功率應用，整髀的發熱問題不人，但若白元件的尺寸去算算發熱量,會發現LED工作中所產生的熱量，相較衆傳統光源的發熱問題，並不遑多讓。一般而言，元件的熱傳遞路徑主要可分為三種型態，分別為熱輛射傳遞(radiationheattransfer).熱傳導傳遞(conductionheattransfer)^熱對流傳遞(convectionheattransfer),LED在三種熱傳導方式作用方式差異相當大，可從空氣中散逸或直接由基板導出、或經由金線傳導熱能。LED各部位熱流量所佔比

6、例，其屮以鋁基板(MCPCB)和電極引腳(Lead)所佔熱流比例最人，由於LED接面溫度較其他光源溫度低許多，故熱能無法以輻射模式與光一同射出去，所以LED有大約90%之多餘熱以熱傳導方式向外擴散，在高電流強度作用下，LED品片接面溫度升高，需耍有良好的LED封裝及模組設計，來提供LED適當熱傳導途徑，以降低接面溫度。不過，雖然知道LED高度依賴傳導散熱，但LED的封裝等特性也讓傳導成了散熱的人瓶頸，如何克服是許多專家研究的重要FI標，如根據「ThermalAnalysisofFilp-ChipPa

7、ckaged280nmNitride-BasedDeepUltravioletLight-EmittingDiodes」模擬分析Z結果顯示，散熱的瓶頸確實在於LED接面面積，LED接面面積過小，相對具接面熱通量變相當人，則以熱傳導為主的LED対裝體較不易迅速地將熱導出。使用高散熱性基板散熱效果好但成本高LED的散熱處理設計，多數會自LED晶粒與元件木身的載板下手，進行相關散熱設計改善，或與LED元件和安裝於主機板上的PCB部位進行強化，但在實務没計中，承載LED晶粒載板屬於LED封裝製程可加強技術改

8、善的重點，但LED元件與PCB電路基板的散熱設計，一般為模組廠商的散熱改善設計關鍵。LED常見基板相當多，傳統的方式為採和對成熟的PCB設計，或採發展中的金屬基板(MCPCB),而較新的設計也有採陶瓷材料為主設計的陶瓷基板(Ceramic),M至運用單價較高的覆銅陶瓷基板(DBC)。覆銅陶瓷基板DBC的原理是將銅箔材質，直接透過製程將之燒結至陶瓷表面處，讓基材形成的一種複合型態的基板形式。至於PCB及金屬基板MCPCB,為可使用於一般LED元件應用的產品。當整合的LE