LED散热问题

一、LED发热问题与传统光源一样，半导体发光二极体（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片（chip）本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界（空气）。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能，其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。二、LED发热对寿命的影响一般来说，LED灯工作是否稳定，品质好坏，与灯体本身散热至关重要，市场上的高亮度LED灯的散热，常常采用自然散热，效果并不理想。LED光源打造的LED灯具，由LED、散热结构、驱动器、透镜组成，因此散热也是一个重要的部分，如果LED不能很好散热、它的寿命也会受影响。热量管理是高亮度LED应用中的主要问题由于III族氮化物的p型掺杂受限于Mg受主的溶解度和空穴的较高启动能，热量特别容易在p型区域中产生，这个热量必须通过整个结构才能在热沉上消散；LED器件的散热途径主要是热传导和热对流；Sapphire衬底材料极低的热导率导致器件热阻增加，产生严重的自加热效应，对器件的性能和可靠性产生毁灭性的影响。热量对高亮度LED的影响热量集中在尺寸很小的芯片内，芯片温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和萤光粉激射效率下降；当温度超过一定值时，器件失效率呈指数规律增加。统计资料表明，元件温度每上升2℃，可靠性下降10%。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。解决热量管理问题已成为高亮度LED应用的先决条件。芯片尺寸与散热的关系提高功率LED的亮度最直接的方法是增大输入功率，而为了防止有源层的饱和必须相应地增大p-n结的尺寸；增大输入功率必然使结温升高，进而使量子效率降低。单管功率的提高取决于器件将热量从p-n结导出的能力、在保持现有芯片材料、结构、封装工艺、芯片上电流密度不变及等同的散热条件下，单独增加芯片的尺寸，结区温度将不断上升三、LED散热的方法铝散热鳍片这是最常见的散热方式，用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积。导热塑料壳使用LED绝缘散热塑料替代铝合金制作散热体，能大幅提高热辐射能力。表面辐射散热处理灯壳表面做辐射散热处理，简单的就是涂抹辐射散热漆，可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。空气流体力学利用灯壳外形，制造出对流空气，这是最低成本的加强散热方式。风扇灯壳内部用长寿高效风扇加强散热，造价低，效果好。不过要换风扇就是麻烦些，也不适用于户外，这种设计较为少见。导热管利用导热管技术，将热量由LED芯片导到外壳散热鳍片。在大型灯具，如路灯等是常见的设计。液态球泡利用液态球泡封装技术，将导热率较高的透明液体填充到灯体球泡内。这是除了反光原理外，唯一利用LED芯片出光面导热、散热的技术。灯头的利用在家用型较小功率的LED灯，往往利用灯头内部空间，将发热的驱动电路部分或全部置入。这样可以利用像螺口灯头这样有较大金属表面的灯头散热，因为灯头是密接灯座金属电极和电源线的。所以一部分热量可由此导出散热。导热散热一体化--高导热陶瓷的运用灯壳散热的目的是降低LED芯片的工作温度，由于LED芯片膨胀系数和我们常用的金属导热、散热材料膨胀系数差距很大，不能将LED芯片直接焊接，以免高、低温热应力破坏LED芯片。最新的高导热陶瓷材料，导热率接近铝，膨胀系可调整到与LED芯片同步。这样就可以将导热、散热一体化，减少热传导中间环节。10.PVC改良材料具有导热功能，二次封装四、散热技术突破现有的天花孔灯大多采用带翅片的铝材作为散热器。这种散热器的散热效果不理想，散热体通常会达到较高的温度。1.突破现有带翅片的铝材散热器散热效果不理想的问题现有的天花孔灯大多采用带翅片的铝材作为散热器，这种散热器的散热效果不理想，散热体通常会达到较高的温度。2.采用绝缘散热塑料，替代铝合金制作散热体韩国于2009年已开发出一种LED绝缘散热塑料，在保持散热能力与铝合金持平的同时，使热辐射能力提高4-8倍。用此散热材料制作的LED散热体能大幅提升总体散热效果。3.采用液态对流原理，提供一种具有良好散热性能的天花孔灯利用安装在灯罩上的储液罐中的冷却液从灯罩上吸收的热量，同时利用冷却液在高度不同的两个储液罐之间的自然对流，将冷却液从灯罩上吸收的热量散发出去，从而使天花孔灯的灯罩得到很好的冷却。4.可以灵活转动，便于安装由于连接在两个储液罐之间的冷却液对流管具有波纹管结构，而且该波纹管结构可伸缩及弯曲变形，所以不会妨碍灯罩的灵活转动，也便于安装。