LED热阻测量系统的相关分析

发表时间:2017-04-21      点击次数:489
LED热阻的测量系统的相关分析
随着 LED 超高亮度的出现及 LED 色彩的丰富,LED 的应用也由zui初的指示扩展到交通、大屏 幕显示、汽车刹车灯、转向灯、工程建筑装饰灯、特种照明领域并正在向普通照明积极推进。阻 碍这一发展的zui大敌害是 LED 的热量管理,因此从事热阻、结温、热参数匹配等问题的研究和改 进具有深远的意义。 如何降低大功率 LED 的热阻、结温,使 PN 结产生的热量能尽快的散发出去,不仅可提高产 品的发光效率,提高产品的饱和电流,同时也提高了产品的可靠性和寿命。据有关资料分析,大 约 70%的故障来自 LED 的温度过高,并且在负载为额定功率的一半的情况下温度每升高 20 C 故 障就上升一倍。为了降低产品的热阻,首先封装材料的选择显得尤为重要,包括晶片、金线,硅 胶、热沉、粘结胶等,各材料的热阻要低即要求导热性能好;其次结构设计要合理,各材料间的 导热性能和膨胀系数要连续匹配。 避免导热通道中产生散热瓶颈或因封装物质的膨胀或收缩产生 的形变应力,使欧姆接触、固晶界面的位移增大,造成 LED 开路和突然失效。 目前测量半导体器件工作温度及热阻的主要方法有:红外微象仪法,电压参数法,还有光谱 法,光热阻扫描法及光功率法。其中电压法测量 LED 热阻zui常用。
热的产生、 LED 热的产生、传导和疏散与传统光源一样,半导体发光二极管(LED)在工作期间也会产生热量,其多少取决于整体 的发光效率。在外加电能量作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在 P-N 结附近辐射出 来的光还需经过晶片(chip)本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注 入效率、辐射发光量子效率、晶片外部光取出效率等,zui终大概只有 30-40%的输入电能转化为光能,其余 60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。而晶片温度的升 高,则会增强非辐射复合,进一步消弱发光效率。 大功率 LED 一般都有超过 1W 的电输入功率,其产生的热量相当可观,解决散热问题乃当务 之急。通常来说,大功率 LED 照明光源需要解决的散热问题涉及以下几个环节: 1. 晶片 PN 结到外延层 ; 2. 外延层到封装基板 ; 3. 封装基板到外部冷却装置再到空气。 这三个环节构成大功率 LED 光源热传导的主要通道, 热传导通道上任何薄弱环节都会使热导 设计毁于一旦。热的传播方式可分为三种:(1)传导——热量是通过逐个原子传递的,所以不 能采用高热阻的界面材料;(2)对流——热量通过流转的介质(空气、水)扩散和对流,从散 热器传递到周围环境中去,故不要限制或阻止对流;(3 )辐射——热量依靠电磁波经过液体、 气体或真空传递。 对大功率 LED 照明光源而言传导方式起zui主要的作用, 为了取得好的导热效果, 三个导热环节应采用热导系数高的材料,并尽量提高对流散热。
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