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详解:解决大功率LED散热问题的3 种封装结构及4种封装材料

2015-10-30 09:42
冷血の爱
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  LED的发光原理是直接将电能转换为光能,其电光转换效率大约为20%—30%,光热转换效率大约为70%—80%。随着芯片尺寸的减小以及功率的大幅度提高,导致LED结温居高不下,引起了光强降低、光谱偏移、色温升高、热应力增高、元器件加速老化等一系列问题,大大降低了LED的使用寿命。结温也是衡量LED封装散热性能的一个重要技术指标,当结温上升超过最大允许温度时(一般为150℃),大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED封装设备中,散热是限制其发展的瓶颈,也是必须解决的关键问题。

  大功率LED封装散热分析

  下图为LED封装结构图,由图分析出该封装散热途径如下:(1)LED芯片—封装透镜—外部环境(2)LED芯片—键合层—内部热沉—散热基板—外部环境(3)LED芯片—金线—电极—外部环境。由于封装体内部各材料的导热系数不同,因而大部分热量都是通过第二条散热途径传至外部环境。

  LED封装器件的总热阻由各环节的热阻串联而成可表示为:

  Rtotal=Rchip+Rchip-TIM+RTIM+RTIM-Cu+RCu+RCu-MCPCB+RMCPCB+RMCPCB-air

  其中,Rchip为芯片热阻,Rchip-TIM为芯片与键合层之间的界面热阻,RTIM为键合层的热阻,RTIM-Cu为热界面材料与内部热沉之间的界面热阻,RCu为内部热沉的热阻,RCu-MCPCB为内部热沉与金属线踏板,RMCPCB为金属线踏板的热阻,RMCPCB-air为金属线踏板到空气的热阻。

  通过上式分析可知LED封装器件的总热阻由多个热阻串联而成,大量研究表明Rchip-TIM+RTIM+RTIM-Cu占总热阻的绝大部分,是影响总热阻的关键因素,因而封装材料(尤其是热界面材料)的选择对总热阻的影响至关重要。此外,封装结构对大功率LED封装散热也有一定的影响。

  影响大功率LED封装散热的主要因素

  散热问题是大功率LED封装急需重点解决的难题,散热效果的优劣直接关系到LED路灯的寿命和出光效率。有效地解决大功率LED封装的散热问题,对提高大功率LED封装的可靠性和寿命具有重要作用。为了解决大功率LED封装中的散热问题最直接的方法莫过于选择合适的封装结构和封装材料来降低LED封装的内部热阻,确保热量由内向外快速散发。

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