led灯珠散热计算方法及公式

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1、LED的热量管理ThermalManagementConsiderationsforLEDs6/24/20211LED是冷光源吗？一、热对LED的影响（1）LED的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光子，过程中不需要热量。LED可以称为冷光源。（2）LED的发光需要电流驱动。输入LED的电能中，只有约15%有效复合转化为光，大部分（约85%）因无效复合而转化为热。（3）LED发光过程中会产生热量，LED并非不会发热的冷光源。6/24/202122.热对LED性能和结构的影响其中：Фv（Tj1）=结温Tj1时的光通量Фv（Tj2）=结温Tj2时

2、的光通量ΔTj=Tj2-Tj1k=温度系数LED电致发光过程产生的热量和工作环境温度（Ta）的不同，引起LED芯片结温Tj的变化。LED是温度敏感器件，当温度变化时，LED的性能和封装结构都会受到影响，从而影响LED的可靠性。(1)光通量与温度的关系①光通量Фv与结温Tj的关系Фv（Tj2）=Фv（Tj1）e-kΔTj6/24/20213AlInGaP类LED光输出与结温关系图相对光输出Tj（℃）橙红色黄色红色InGaN类LED光输出与结温关系图相对光输出绿色蓝绿色蓝色白色深蓝色Tj（℃）6/24/20214②光通量与环境温度的关系Ta（℃）相

3、对光通量橙红色黄色Ta=100℃时，LED的光通量将下降至室温时的一半左右。LED的应用必须考虑温度对光通量的影响。6/24/20215(2)波长与结温Tj的关系λd（Tj2）=λd（Tj1）+kΔTj白光LED色温—结温飘移曲线Tj（℃）CCT(K)白色k=Δλ/ΔTj:LED波长-结温飘移率6/24/20216(3)正向压降Vf结温Tj的关系Vf（Tj2）=Vf（Tj1）+kΔTjk=ΔVf/ΔTj：正向压降随结温变化的系数，通常取-2.0mV/℃.6/24/20217(4)热对发光效率ηv的影响在输入功率一定时：热量↑结温Tj↑正向压

4、降Vf↓电流If↑热量发光效率ηvLED内部会形成自加热循环，如果不及时引导和消散LED的热量，LED的发光效率将不断降低。(5)热对LED出光通道的影响加速出光通道物质的老化；降低通道物质的透光率；改变出光通道物质的折射率，影响光线的空间分布；严重时改变出光通道结构。6/24/20218(6)热对LED电通道（欧姆接触/固晶界面）的影响环氧树脂热膨胀系数随温度变化曲线引致封装物质的膨胀或收缩；封装物质的膨胀或收缩产生的形变应力，使欧姆接触/固晶界面的位移增大，造成LED开路和突然失效。6/24/20219(7)热对LED寿命的影响不

5、同温度下AlInGaPPowerLED老化测试结果测试时间（小时）相对光输出实际数据外推数据实际数据外推数据实际数据外推数据不同温度下InGaNPowerLED老化测试结果实际数据外推数据实际数据外推数据实际数据外推数据测试时间（小时）相对光输出16/24/202110二、LED的热工模型1.LED热量的来源输入的电能中（约85%）因无效复合而产生的热量；来自工作环境的热量。2.LED的热工模型LED芯片很微小，其热容可忽略；输入电能中大部分（约85%）转化为热量，一般计算中忽略转化为光的部分能量（约15%），假设所有的电能都转变成了热；在LE

6、D工作热平衡后，Tj=Ta+RthjaPd其中Rthja=LED的PN结与环境之间的热阻;Pd=If·Vf：LED的输入功率。6/24/202111三、LED热阻的计算1.热阻的概念热阻：热量传导通道上两个参考点之间的温度差与两点间热量传输速率的比值。其中：Rth=两点间的热阻（℃/W或K/W）ΔT=两点间的温度差（℃）qx=两点间热量传递速率（W）热传导模型的热阻计算其中：L为热传导距离（m）S为热传导通道的截面积（m2）λ为热传导系数（W/mK）ST2T1L6/24/202112LED的热阻计算(LED工作热平衡后Tj=Ta+ΔTj)6/2

7、4/2021132.分立LED热阻的计算模型LED热通道上各环节都存在热阻，热通道的简化热工模型是串联热阻回路。jabsRthjsRthsbRthbajsbRthja=Rthjs+Rthsb+Rthba6/24/202114TjTsRthjsRthsb3.集成LED阵列热阻的计算模型TbTaRthba集成LED（假定热阻一致）阵列热阻利用并联阻抗模型计算：6/24/2021154.几种常见的1W大功率LED的热阻计算以Emitter（1mm×1mm芯片）为例，只考虑主导热通道的影响，从理论上计算PN结到热沉的热阻Rthjs。6/24/20211

8、6A.正装芯片/银胶固晶B.正装芯片/共晶固晶6/24/202117C.Si衬底金球倒装焊芯片/银胶固晶D.Si衬底金球倒装焊芯片/共晶固晶6/24/