概 述

　　发光二极管, 具有无污染, 低耗能, 寿命长, 操作反应快等优点, 随着欧盟即将在2007年禁止目前广泛使用的含汞金属光源, LED 将成为下一世代光源发展的主轴。LED随温度变化, 亮度不断提升, LED的散热技术也一直在提升, 1992年一颗LED的热阻抗为360℃/W, 之后降至125℃/W、75℃/W、15℃/W, 而今已是到了每颗6～10℃/W的地步, 简单的说, 以往LED每消耗1瓦的电能, 温度会增加360℃, 现在则是相同消耗1瓦电能, 温度却只上升6 ～10 ℃ 。

　　发光二极管尚需克服其发光效率问题在于：现阶段的光能效率仅能达到15%, 而85%皆转为热量, LED光源的应用, 仍需搭配散热机构, 若散热功能设计不当, 对于发光二极管本身，将造成严重的破坏情形。

　　随着LED亮度不断提升, LED的散热技术也一直在提升, 所以做好LED的散热对增加LED的发光效率和使用寿命都会得到很大的作用。本文内容主要针对热对LED影响进行探讨, 详如下文所示。

　　热对LED的影响

　　LED---冷光源

　　(1) LED的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光, 过程中不需要热量, LED可以称为冷光源

　　(2) LED的发光需要电流驱动, 输入LED的电能中, 只有约15%有效转化为光, 大部分(约85%)因无效而转化为热

　　(3) LED发光过程中会产生热量, LED并非不会发热的冷光源

　　热对LED性能和结构的影响

　　(1) LED发光产生的热量和工作环境温度(Ta)有关, 将引起LED芯片结点温度Tj的变化, LED是温度敏感器件, 当温度变化时, LED的性能和封装结构都会受到影响, 从而影响LED的可靠性

　　(2) 热量集中在尺寸很小的LED芯片内, 若无有效排出热量, 芯片温度升高, 引起热应力的非均匀分布, 芯片发光效率和荧光粉激射效率下降

　　(3) 当LED芯片温度超过一定值时, 器件失效率呈指数规律增加, 统计数据表明, 组件温度每上升2℃,可靠性下降10%

　　(4) 当多个LED密集排列组成白光照明系统时, 热量的耗散问题更严重

　　(5) 热将影响LED驱动器的效率, 损害磁性组件及输出电容器等的寿命, 使LED驱动器的可靠度降低(一般半导体组件的工作温度需控制在80C以下)

　　(6) 典型的LED由光学透明的环氧树脂封装, 温度升高到环氧树脂玻璃转换温度Tg时, 环氧树脂由刚性材料转换成弹性材料, 热膨胀系数(CTE)会有很大变化, 封装树脂在温度变化的过程中,膨胀和收缩加剧,这将导致金线(或铝线)键合点位移增大,金线(或铝线)过早疲劳和损坏,造成LED开路和突然失效, 为了避免LED突然失效, LED结点温度应该始终保持在封装树脂的Tg以下

　　光通量Fv与结点温度Tj的关系

　　Φv(Tj2)= Φv(Tj1)e(-kΔTj)

　　其中: Φv(Tj1)=结点温度Tj1时的光通量

　　Φv(Tj2)=结点温度Tj2时的光通量

　　ΔTj= Tj2 - Tj1 , k =温度系数

　　不同材质类别LED的温度系数

文：LED照明技术总监/房海明(Mark Fang)