解決LED散熱的問題的一點思路

　　LED芯片結溫是怎么產生的

　　LED發(fā)熱的原因是因為所加入的電能并沒有全部轉化為光能，而是一部分轉化成為熱能。LED的光效目前只有100lm/W，其電光轉換效率大約只有20~30%左右。也就是說大約70%的電能都變成了熱能。

　　具體來說，LED結溫的產生是由于兩個因素所引起的。

　　1.內部量子效率不高，也就是在電子和空穴復合時，并不能100%都產生光子，通常稱為由“電流泄漏”而使PN區(qū)載流子的復合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉化為熱能，但這部分不占主要成分，因為現(xiàn)在內部光子效率已經接近90%。

　　2.內部產生的光子無法全部射出到芯片外部而最后轉化為熱量，這部分是主要的，因為目前這種稱為外部量子效率只有30%左右，大部分都轉化為熱量了。雖然白熾燈的光效很低，只有15lm/W左右，但是它幾乎將所有的電能都轉化為光能而輻射出去，因為大部分的輻射能是紅外線，所以光效很低，但是卻免除了散熱的問題。 LED的散熱現(xiàn)在越來越為人們所重視，這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關，散熱不好結溫就高，壽命就短。

　　大功率LED白光應用及LED芯片散熱解決方法

　　當今LED白光產品被逐漸運用于各大領域投入使用，人們在感受其大功率LED白光帶來的驚人快感同時也在擔心其存在的種種實際問題! 首先從大功率LED白光本身性質來說。大功率LED仍舊存在著發(fā)光均一性不佳、封閉材料的壽命不長尤其是其LED芯片散熱問題很難得到很好的解決，而無法發(fā)揮白光LED被期待的應用優(yōu)點。 其次從大功率LED白光市場價格來說。當今大功率LED還是一種貴族式的白光產品，因為大功率產品的價格還是過高，而且技術上還是有待完善，所以說大功率白光LED產品不是誰想用就能夠用的。 下面來分解下大功率LED散熱的相關問題。

　　近些年在業(yè)界專家的努力下對大功率LED芯片散熱問題提出了一下幾點改善方案：

　　Ⅰ、 通過提高LED晶片面積來增加發(fā)光量。

　　Ⅱ、采用封裝數(shù)個小面積LED晶片。

　　Ⅲ、改變LED封裝材料和螢光材料。

那么是不是通過以上三種方法就可以完全改進大功率LED白光產品的散熱問題了呢?實則斐然!首先我們雖然將LED芯片的面積增大，以此獲得更多的光通量(光單位時間內通過單位面積的光束數(shù)即為光通量，單位ml)希望能夠達到我們想要的白光效果，但因其實際面積過大，而導致在應用過程與結構上出現(xiàn)了一些適得其反的現(xiàn)象。 那么是不是大功率LED白光散熱問題就真的無法解決了呢?當然不是無法解決了。針對單純增大晶片面積而出現(xiàn)的負面問題，LED白光業(yè)者們就根據(jù)電極構造的改良及覆晶的構造并利用封裝數(shù)個小面積LED晶片等方式從大功率LED晶片表面進行改良從而來達到60lm/W的高光通量低高散熱的發(fā)光效率。

　　其實還有一種方法可以有效改進大功率LED芯片散熱問題。那就是將其白光封裝材料用硅樹脂取代以往的塑料或者有機玻璃。更換封裝材料不僅能夠解決LED芯片散熱問題更能夠提高白光LED壽命，真是一箭雙雕啊。我想說的是幾乎所有像大功率LED白光這樣的高功率白光LED產品都應該采用硅樹脂作為封裝的材料。為什么現(xiàn)在大功率LED中必須采用硅膠作為封裝材料?因為硅膠對同樣波長光線的吸收率不到1%。但是環(huán)氧樹脂對400-459nm的光線吸收率高達45%，很容易由于長期吸收這種短波長光線以后產生的老化而使光衰嚴重。

　　當然在實際的生產生活中還會出現(xiàn)很多像大功率 LED白光芯片散熱這樣的問題，因為人們對大功率LED白光越廣泛的應用就會出現(xiàn)越深入難解的種種問題!LED芯片的特點是在極小的體積內產生極高的熱量。而LED本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導出去，否則就會產生很高的結溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，人們在LED的芯片結構上進行了很多改進。為了改善LED芯片本身的散熱，其最主要的改進就是采用導熱更好的襯底材料。像Cree公司的LED的熱阻因為采用了碳化硅作基底，要比其他公司的熱阻至少低一倍。即使能夠解決從晶片到封裝材料間的抗熱性，但因從封裝到PCB板的散熱效果不好的話，同樣也是造成LED晶片溫度的上升，出現(xiàn)發(fā)光效率下降的現(xiàn)象。所以，就像是松下就為了解決這樣的問題，從2005年開始，便把包括圓形，線形，面型的白光LED,與PCB基板設計成一體，來克服可能因為出現(xiàn)在從封裝到PCB板間散熱中斷的問題。因此，在面對不斷提高電流情況的同時，如何增加抗熱能力，也是現(xiàn)階段的急待被克服的問題，從各方面來看，除了材料本身的問題外，還包括從晶片到封裝材料間的抗熱性、導熱結構、封裝材料到PCB板間的抗熱性、導熱結構，及PCB板的散熱結構等，這些都需要作整體性的考量。

　　LED照明燈具散熱的問題解答

　　對目前常見的白熾燈泡或是熒光燈來說，即便產品本身運行可能產生熱能，但組件的高熱仍可以被有效隔離，使光源與電源接座不會因熱而產生意外的問題。但固態(tài)照明就不同，一來LED組件集中單點的運行高溫，必須采取更多積極手段進行散熱處理，同時搭配主動有效的熱處理機制，才能避免燈具發(fā)生問題。LED固態(tài)光源熱處理問題較傳統(tǒng)燈具復雜得多。傳統(tǒng)光源或燈具多有運行過程產生高熱的問題，例如鹵素燈泡或白熾燈泡，若是白熾燈形式，即在特殊處理的燈球內加熱鎢絲產生光亮。實際上，高溫產生在燈絲上而非燈座，即便燈座會因燈球玻璃或是金屬受鎢絲發(fā)光的輻射熱、熱傳導間接產生高溫，但產生的溫度都在可接受的安全范圍，再加上非直接接觸傳導，安全性也相對較高。但換成LED固態(tài)光源形式的燈具，其熱處理便可能成為新的應用安全問題。多數(shù)人會認為LED具高能源轉換效率、低驅動能源優(yōu)勢，自然使用安全性較高，但實際上LED固態(tài)光源為了達到日常照明的應用目的，必須透過加大單組組件的功率去強化單元件的輸出流明，例如燈具廠會采取多LED組件整合形式加強輸出效果，且多組件同時運行也能改善LED固態(tài)光源光型偏向點光源的問題，讓LED固態(tài)光源技術的燈具可產生如燈泡般的面光源效果。如果要強化單元件的輸出流明，必須更高的電流，以使LED芯片的PN接面產生更多流明，但更高電流也會讓單點LED組件的溫度升高、更難處理，甚至為了提高燈具的光型表現(xiàn)、發(fā)光效率而采取多組件并用形式，也會使LED燈具的高溫問題加劇，讓散熱問題更難處理。綜觀目前LED燈具市場的發(fā)展趨勢，多數(shù)LED光源的廠商大多會先以市場為主導，因為高單價、高利潤，也可以借由技術差異迅速打入發(fā)展技術較前衛(wèi)的LED光源市場，例如，針對室內裝潢、情境燈具應用的嵌燈、壁燈、吸頂燈就成為LED光源燈具較常見的設計形式，其替換傳統(tǒng)燈具后的省電效益亦最受相關業(yè)者關注。

　　LED光源燈具必須重點處理的熱管理設計，在可能于密閉或半密死循使用的嵌燈、壁燈、吸頂燈產品，形成更嚴苛的挑戰(zhàn)，燈具開發(fā)商必須從材料、產品構型、主/被動散熱機制、驅動芯片設計等方面投入更多資源，以避免產品的問題肇生。特別是LED嵌入式燈具體積小，且常采多組件整合，模塊的散熱設計難度較高。嵌入式燈具外殼采鋁擠型或散熱片設計，可發(fā)揮自體