分析LED結(jié)溫的成因及如何降低結(jié)溫

　　1、什么是led的結(jié)溫?

　　LED的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)半導(dǎo)體的P—N結(jié)。實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)電流流過(guò)LED元件時(shí)，P—N結(jié)的溫度將上升，嚴(yán)格意義上說(shuō)，就把P—N結(jié)區(qū)的溫度定義為LED結(jié)溫。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結(jié)溫。

　　2、產(chǎn)生LED結(jié)溫的原因有哪些?

　　在LED工作時(shí)，可存在以下五種情況促使結(jié)溫不同程度的上升：

　　a、元件不良的電極結(jié)構(gòu)，視窗層襯底或結(jié)區(qū)的材料以及導(dǎo)電銀膠等均存在一定的電阻值，這些電阻相互壘加，構(gòu)成LED元件的串聯(lián)電阻。當(dāng)電流流過(guò)P—N結(jié)時(shí)，同時(shí)也會(huì)流過(guò)這些電阻，從而產(chǎn)生焦耳熱，引致芯片溫度或結(jié)溫的升高。

　　b、由于P—N結(jié)不可能極端完美，元件的注人效率不會(huì)達(dá)到100%，也即是說(shuō)，在LED工作時(shí)除P區(qū)向N區(qū)注入電荷(空穴)外，N區(qū)也會(huì)向P區(qū)注人電荷(電子)，一般情況下，后一類的電荷注人不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，而以發(fā)熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷，也不會(huì)全部變成光，有一部分與結(jié)區(qū)的雜質(zhì)或缺陷相結(jié)合，最終也會(huì)變成熱。

　　c、實(shí)踐證明，出光效率的限制是導(dǎo)致LED結(jié)溫升高的主要原因。目前，先進(jìn)的材料生長(zhǎng)與元件制造工藝已能使LED極大多數(shù)輸入電能轉(zhuǎn)換成光輻射能，然而由于LED芯片材料與周圍介質(zhì)相比，具有大得多的折射係數(shù)，致使芯片內(nèi)部產(chǎn)生的極大部分光子(>90%)無(wú)法順利地溢出介面，而在芯片與介質(zhì)介面產(chǎn)生全反射，返回芯片內(nèi)部并通過(guò)多次內(nèi)部反射最終被芯片材料或襯底吸收，并以晶格振動(dòng)的形式變成熱，促使結(jié)溫升高。

　　d、顯然，LED元件的熱散失能力是決定結(jié)溫高低的又一個(gè)關(guān)鍵條件。散熱能力強(qiáng)時(shí)，結(jié)溫下降，反之，散熱能力差時(shí)結(jié)溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導(dǎo)材料，因此P—N結(jié)處產(chǎn)生的熱量很難通過(guò)透明環(huán)氧向上散發(fā)到環(huán)境中去，大部分熱量通過(guò)襯底、銀漿、管殼、環(huán)氧粘接層，PCB與熱沉向下發(fā)散。顯然，相關(guān)材料的導(dǎo)熱能力將直接影響元件的熱散失效率。一個(gè)普通型的LED，從P—N結(jié)區(qū)到環(huán)境溫度的總熱阻在300到600℃/w之間，對(duì)于一個(gè)具有良好結(jié)構(gòu)的功率型LED元件，其總熱阻約為15到30℃/w。巨大的熱阻差異表明普通型LED元件只能在很小的輸入功率條件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦級(jí)甚至更高。

　　3、降低LED結(jié)溫的途徑有哪些?

　　a、減少LED本身的熱阻;

　　b、良好的二次散熱機(jī)構(gòu);

　　c、減少LED與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介面之間的熱阻;

　　d、控制額定輸入功率;

　　e、降低環(huán)境溫度

　　LED的輸入功率是元件熱效應(yīng)的唯一來(lái)源，能量的一部分變成了輻射光能，其餘部分最終均變成了熱，從而抬升了元件的溫度。顯然，減小LED溫升效應(yīng)的主要方法，一是設(shè)法提高元件的電光轉(zhuǎn)換效率(又稱外量子效率)，使盡可能多的輸入功率轉(zhuǎn)變成光能，另一個(gè)重要的途徑是設(shè)法提高元件的熱散失能力，使結(jié)溫產(chǎn)生的熱，通過(guò)各種途徑散發(fā)到周圍環(huán)境中去。