概 述

　　發(fā)光二極管, 具有無污染, 低耗能, 壽命長, 操作反應(yīng)快等優(yōu)點, 隨著歐盟即將在2007年禁止目前廣泛使用的含汞金屬光源, LED 將成為下一世代光源發(fā)展的主軸。LED隨溫度變化, 亮度不斷提升, LED的散熱技術(shù)也一直在提升, 1992年一顆LED的熱阻抗為360℃/W, 之后降至125℃/W、75℃/W、15℃/W, 而今已是到了每顆6～10℃/W的地步, 簡單的說, 以往LED每消耗1瓦的電能, 溫度會增加360℃, 現(xiàn)在則是相同消耗1瓦電能, 溫度卻只上升6 ～10 ℃ 。

　　發(fā)光二極管尚需克服其發(fā)光效率問題在于：現(xiàn)階段的光能效率僅能達(dá)到15%, 而85%皆轉(zhuǎn)為熱量, LED光源的應(yīng)用, 仍需搭配散熱機構(gòu), 若散熱功能設(shè)計不當(dāng), 對于發(fā)光二極管本身，將造成嚴(yán)重的破壞情形。

　　隨著LED亮度不斷提升, LED的散熱技術(shù)也一直在提升, 所以做好LED的散熱對增加LED的發(fā)光效率和使用壽命都會得到很大的作用。本文內(nèi)容主要針對熱對LED影響進行探討, 詳如下文所示。

　　熱對LED的影響

　　LED---冷光源

　　(1) LED的發(fā)光原理是電子與空穴經(jīng)過復(fù)合直接發(fā)出光, 過程中不需要熱量, LED可以稱為冷光源

　　(2) LED的發(fā)光需要電流驅(qū)動, 輸入LED的電能中, 只有約15%有效轉(zhuǎn)化為光, 大部分(約85%)因無效而轉(zhuǎn)化為熱

　　(3) LED發(fā)光過程中會產(chǎn)生熱量, LED并非不會發(fā)熱的冷光源

　　熱對LED性能和結(jié)構(gòu)的影響

　　(1) LED發(fā)光產(chǎn)生的熱量和工作環(huán)境溫度(Ta)有關(guān), 將引起LED芯片結(jié)點溫度Tj的變化, LED是溫度敏感器件, 當(dāng)溫度變化時, LED的性能和封裝結(jié)構(gòu)都會受到影響, 從而影響LED的可靠性

　　(2) 熱量集中在尺寸很小的LED芯片內(nèi), 若無有效排出熱量, 芯片溫度升高, 引起熱應(yīng)力的非均勻分布, 芯片發(fā)光效率和熒光粉激射效率下降

　　(3) 當(dāng)LED芯片溫度超過一定值時, 器件失效率呈指數(shù)規(guī)律增加, 統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明, 組件溫度每上升2℃,可靠性下降10%

　　(4) 當(dāng)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(yán)重

　　(5) 熱將影響LED驅(qū)動器的效率, 損害磁性組件及輸出電容器等的壽命, 使LED驅(qū)動器的可靠度降低(一般半導(dǎo)體組件的工作溫度需控制在80C以下)

　　(6) 典型的LED由光學(xué)透明的環(huán)氧樹脂封裝, 溫度升高到環(huán)氧樹脂玻璃轉(zhuǎn)換溫度Tg時, 環(huán)氧樹脂由剛性材料轉(zhuǎn)換成彈性材料, 熱膨脹系數(shù)(CTE)會有很大變化, 封裝樹脂在溫度變化的過程中,膨脹和收縮加劇,這將導(dǎo)致金線(或鋁線)鍵合點位移增大,金線(或鋁線)過早疲勞和損壞,造成LED開路和突然失效, 為了避免LED突然失效, LED結(jié)點溫度應(yīng)該始終保持在封裝樹脂的Tg以下

　　光通量Fv與結(jié)點溫度Tj的關(guān)系

　　Φv(Tj2)= Φv(Tj1)e(-kΔTj)

　　其中: Φv(Tj1)=結(jié)點溫度Tj1時的光通量

　　Φv(Tj2)=結(jié)點溫度Tj2時的光通量

　　ΔTj= Tj2 - Tj1 , k =溫度系數(shù)

　　不同材質(zhì)類別LED的溫度系數(shù)

文：LED照明技術(shù)總監(jiān)/房海明(Mark Fang)