LED散热指引 Thermal Management

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1、LED散热指引TrainingData-Module08Revision1–December2010SHENZHENEngineeringLearningCenter目录•LED散热的必要性•LED结温Tj与热阻R的计算•LED产品的热管理•LED灯具的散热设计1.灯珠与基板的选择与设计2.导热膏的选择与使用3.散热器的选型与设计•散热技术的展望Copyright©2008,Cree,Inc.pg.2LED的散热问题光电转换效率LED是个光电器件，其工作过程•白炽灯～3%中只有10%～40%的电能转换成光能，•荧光灯～15

2、%其余的电能几乎都转换成热能，使•LED10%～40%LED的温度升高。LED温升是LED性能劣化及失效的主因．Cree~40%散热问题是当前半导体照明技术发展的技术瓶颈！pg.<#>Copyright©2008,Cree,Inc.3结温对LED寿命有重大影响在大功率LED中，散热是个大问题。若不加散热措施，则大功率LED的灯芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。LEDPN结XLamps~50000

3、hrs@Tj<80’C除了寿命的影响．結溫的影響还有当LED结温60°C的时候,白１．光輸出光LED的光输出只有90%。pg.<#>Copyright©2008,Cree,5Inc.除了寿命的影响．結溫的影響还有２．正向电压•LED温度系数–4mV/°C（负温度系数）•结温Tj上升，LED的正向电压降低pg.<#>Copyright©2008,Cree,6Inc.LED的结溫TjLED的基本结构是一个半导体的P-N结。一般把P-N结区的温度定义为LED的结温。但LED的P-N结区温度无法直接测量到。LED芯片Copyrig

4、ht©2008,Cree,Inc.pg.7什么是热阻jsp热阻的定义：热流通道上的温度差与通道上耗散功率之比。LED的热阻定义：Rthj-sp:从PN结(j)到焊点(sp)的热阻。•单位:℃/W或K°/WCopyright©2008,Cree,Inc.pg.8结温的计算即是：T结温=THS+P热功率*（Rjs+R导热硅脂+RPCB)=T焊盘+P热功率*Rjs=T焊盘+P功率*Rjs*a(a为LED发热率）Copyright©2008,Cree,Inc.pg.9结温的计算举例T结温=THS+P功率*（Rjs+R导热硅脂+RP

5、CB)=T焊盘+a*P功率*Rjs例：某款灯，采用5颗cree产品XP-G系列灯珠,单颗灯输入功率：IF=350mA,UF=3.3V;测试环温Ta=25℃时，测得铝基板焊盘处温度为Tc=52.8℃,查表知结温在此范围时对应发热率a约为0.8，则可推算此款产品结温约为：Tj=T焊盘+a*P功率*Rjs=T焊盘+a*IF*Ua*Rjs=52.8℃+0.35A*【3.3-0.0021*（52.8-25）】V*6℃/W*0.8=58.2℃Copyright©2008,Cree,Inc.pg.10LED的热管理解决方法：(A)改进L

6、ED芯片、封装的结构和材料;——上中游产业完成(B)系统集成，主要针对灯具散热方式，提高换热功率。散热设计研究方向——散热设计的工作Copyright©2008,Cree,Inc.pg.11LED灯具散热结构剖析CREE灯珠XR-E/C8℃/WXP-E/C9℃/WMC-E3℃/W使用导热硅胶XP-G5℃/W铝灯珠散热器周围芯片基环境基板壳体板热阻小的产品有利于散热增加覆铜良好的结构面积有利便于空气对流节点温度控制在<85℃于热量传导Copyright©2008,Cree,Inc.pg.12铝基板MCPCB的设计选择产品标准

7、厚度：0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0mm铜箔厚度：1.8um35um70um105um140um特色:具有高散热性、电磁屏蔽性，机械强度高，加工性能优良。LED一般使用电压不是很高，选择1mil厚度绝缘层耐压大于2000V即可。增加散热基板覆铜面积，可以使热量分布均匀，有利于散热将LED产生的热量快速传递给铝基板将导热绝缘材料导出来的热量进一步传递给散热器（导热层）Copyright©2008,Cree,Inc.pg.13FR4PCB的结构介绍LED的热量通过敷铜和金属化过孔传到线路板(PCB)的背

8、面来达到良好的导热目的。•热性能和MCPCB相似•比MCPCB便宜许多•大纵横比,更困难的是达到可靠的镀层•板厚和孔径的比率>8需增加额外的费用过孔的热阻计算R=h/【nxkxx(Dxt–t2)】thR:热阻(ºC/W)thh:PCB厚度(m).n:过孔数量k:敷铜材料热导率(铜=390W/mK)Co