LED散熱技術(shù)

LED發(fā)熱問題

與傳統(tǒng)光源一樣，半導(dǎo)體發(fā)光二極體（LED）在工作期間也會產(chǎn)生熱量，其多少取決于整體的發(fā)光效率。在外加電能量作用下，電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致發(fā)光，在PN結(jié)附近輻射出來的光還需經(jīng)過芯片（chip）本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達外界（空氣）。綜合電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光取出效率等，最終大概只有30-40%的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余60-70%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點陣振動的形式轉(zhuǎn)化熱能。

LED發(fā)熱對壽命的影響

       一般來說，LED燈工作是否穩(wěn)定，品質(zhì)好壞，與燈體本身散熱至關(guān)重要，市場上的高亮度LED燈的散熱，常常采用自然散熱，效果并不理想。LED光源打造的LED燈具，由LED、散熱結(jié)構(gòu)、驅(qū)動器、透鏡組成，因此散熱也是一個重要的部分，如果LED不能很好散熱、它的壽命也會受影響。
熱量管理是高亮度LED應(yīng)用中的主要問題
 

        由于III族氮化物的p型摻雜受限于Mg受主的溶解度和空穴的較高啟動能，熱量特別容易在p型區(qū)域中產(chǎn)生，這個熱量必須通過整個結(jié)構(gòu)才能在熱沉上消散；LED器件的散熱途徑主要是熱傳導(dǎo)和熱對流；Sapphire襯底材料極低的熱導(dǎo)率導(dǎo)致器件熱阻增加，產(chǎn)生嚴重的自加熱效應(yīng)，對器件的性能和可靠性產(chǎn)生毀滅性的影響。

熱量對高亮度LED的影響

熱量集中在尺寸很小的芯片內(nèi)，芯片溫度升高，引起熱應(yīng)力的非均勻分布、芯片發(fā)光效率和螢光粉激射效率下降；當溫度超過一定值時，器件失效率呈指數(shù)規(guī)律增加。統(tǒng)計資料表明，元件溫度每上升2℃，可靠性下降10%。當多個LED密集排列組成白光照明系統(tǒng)時，熱量的耗散問題更嚴重。解決熱量管理問題已成為高亮度LED應(yīng)用的先決條件。

芯片尺寸與散熱的關(guān)系

提高功率LED的亮度最直接的方法是增大輸入功率，而為了防止有源層的飽和必須相應(yīng)地增大p-n結(jié)的尺寸；增大輸入功率必然使結(jié)溫升高，進而使量子效率降低。單管功率的提高取決于器件將熱量從p-n結(jié)導(dǎo)出的能力、在保持現(xiàn)有芯片材料、結(jié)構(gòu)、封裝工藝、芯片上電流密度不變及等同的散熱條件下，單獨增加芯片的尺寸，結(jié)區(qū)溫度將不斷上升

LED散熱的方法

鋁散熱鰭片

這是最常見的散熱方式，用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來增加散熱面積。

導(dǎo)熱塑料殼

使用LED絕緣散熱塑料替代鋁合金制作散熱體，能大幅提高熱輻射能力。

表面輻射散熱處理

燈殼表面做輻射散熱處理，簡單的就是涂抹輻射散熱漆，可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表面。

空氣流體力學(xué)

利用燈殼外形，制造出對流空氣，這是最低成本的加強散熱方式。

風(fēng)扇

燈殼內(nèi)部用長壽高效風(fēng)扇加強散熱，造價低，效果好。不過要換風(fēng)扇就是麻煩些，也不適用于戶外，這種設(shè)計較為少見。

導(dǎo)熱管

利用導(dǎo)熱管技術(shù)，將熱量由LED芯片導(dǎo)到外殼散熱鰭片。在大型燈具，如路燈等是常見的設(shè)計。

液態(tài)球泡

利用液態(tài)球泡封裝技術(shù)，將導(dǎo)熱率較高的透明液體填充到燈體球泡內(nèi)。這是除了反光原理外，唯一利用LED芯片出光面導(dǎo)熱、散熱的技術(shù)。

燈頭的利用

在家用型較小功率的LED燈，往往利用燈頭內(nèi)部空間，將發(fā)熱的驅(qū)動電路部分或全部置入。這樣可以利用像螺口燈頭這樣有較大金屬表面的燈頭散熱，因為燈頭是密接燈座金屬電極和電源線的。所以一部分熱量可由此導(dǎo)出散熱。

導(dǎo)熱散熱一體化--高導(dǎo)熱陶瓷的運用

燈殼散熱的目的是降低LED芯片的工作溫度，由于LED芯片膨脹系數(shù)和我們常用的金屬導(dǎo)熱、散熱材料膨脹系數(shù)差距很大，不能將LED芯片直接焊接，以免高、低溫?zé)釕?yīng)力破壞LED芯片。最新的高導(dǎo)熱陶瓷材料，導(dǎo)熱率接近鋁，膨脹系可調(diào)整到與LED芯片同步。這樣就可以將導(dǎo)熱、散熱一體化，減少熱傳導(dǎo)中間環(huán)節(jié)。

10.PVC改良材料

具有導(dǎo)熱功能，二次封裝

散熱技術(shù)突破

現(xiàn)有的天花孔燈大多采用帶翅片的鋁材作為散熱器。這種散熱器的散熱效果不理想，散熱體通常會達到較高的溫度。
 

1.突破現(xiàn)有帶翅片的鋁材散熱器散熱效果不理想的問題
 

現(xiàn)有的天花孔燈大多采用帶翅片的鋁材作為散熱器，這種散熱器的散熱效果不理想，散熱體通常會達到較高的溫度。
 

2.采用絕緣散熱塑料，替代鋁合金制作散熱體
 

韓國于2009年已開發(fā)出一種LED生物導(dǎo)熱塑料，在保持散熱能力與鋁合金持平的同時，使熱輻射能力提高4-8倍。用此散熱材料制作的LED散熱體能大幅提升總體散熱效果。
 

3.采用液態(tài)對流原理，提供一種具有良好散熱性能的天花孔燈
 

利用安裝在燈罩上的儲液罐中的冷卻液從燈罩上吸收的熱量，同時利用冷卻液在高度不同的兩個儲液罐之間的自然對流，將冷卻液從燈罩上吸收的熱量散發(fā)出去，從而使天花孔燈的燈罩得到很好的冷卻。
 

4.可以靈活轉(zhuǎn)動，便于安裝
 

由于連接在兩個儲液罐之間的冷卻液對流管具有波紋管結(jié)構(gòu)，而且該波紋管結(jié)構(gòu)可伸縮及彎曲變形，所以不會妨礙燈罩的靈活轉(zhuǎn)動，也便于安裝。