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高亮度LED应用中热量管理问题解决方案

2012-03-01 11:29
人在旅途20
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  在全球性的能源短缺和环境污染加剧的今天,LED以其节能环保的特点有着广阔的应用空间。LED灯具由LED器件、散热结构、驱动器、透镜组成。如果LED器件不能很好散热、它的寿命也会受影响。根据Cree XLamp XR-E 的测试报告,LED器件温度越低,越能延长LED灯的寿命。因此,解决热量管理问题已成为高亮度LED应用中的关键。
   
     不过,LED光源热量的多少并不是影响LED的主要问题,热量集中(从而形成热点)才是问题的关键。对一般标准的LED器件而言,1W LED器件的热通量大约为100W/cm2,3W LED器件的热通量则高达300W/cm2,而一般的CUP的热通量才为60~130W/cm2。热量集中在尺寸很小的晶片内,晶片温度升高,引起热应力的分布不均匀、晶片发光效率和萤光粉发射效率下降。当温度超过一定值时,器件失效率呈指数规律增加。当多个LED密集排列组成白光照明系统时,散热问题就更严重了。
   
     LED器件的散热途径主要是热传导和热对流。传统上,LED灯具的散热结构包括基底、散热片以及散热器。基底将晶粒的热能传导出来,可以导热但不导电。散热片将热扩散开来,以免热堆积于LED 光源处,并且可以提升散热器的效率。散热器则可以热有效地发散于空气中。不过,基底材料极低的热导率容易导致器件热阻增加,产生严重的自加热效应,对器件的性能和可靠性带来毁灭性的影响。
   
     Microloops(迈科)的均热板(Vapor Chamber)能实现超高热流密度传热,可解决高功率LED的热点问题。均热板是一个内壁具微结构的真空腔体,当热由热源传导至蒸发区时,腔体里面的工质会在低真空度的环境中,便会开始产生液相气化的现象,此时介质吸收热能并且体积迅速膨胀,气相的介质会很快充满整个腔体。当气相介质接触到一个比较冷的区域时便会产生凝结的现象,藉由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热,凝结后的液相介质会藉由微结构的毛细现象再回到蒸发热源处。此运作将在腔体内周而复始进行,这就是均热板的运作方式。由于工质在蒸发时微结构可以产生毛细力,所以均热板的运作可不受重力的影响。

     图1给出了采用均热板的LED灯的散热结构,它去掉了基底,减少一大部分热阻。 LED器件可以紧密排列并直接绑定在均热板上,并以标准打线封装机台直接封装LED器件及相关电路,构建成一个独立光源。

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