图文详解:全面解决系统级LED热管理难题
上传人:未知 上传时间: 2011-05-04 浏览次数: 2676 |
在这个例子中,LED芯片通常利用粘结层(bondlayer)被贴赋到一个金属连接层(metalinter connectlayer),而这个金属连接层又被贴赋到一个陶瓷基座(Ceramic Substrate)和一个电绝缘导热垫(ThermalPad)。整个封装设计的目的是最大化光学输出和从LED芯片背部去除热量。
Hechfellner说:即便是最高效的LED装置也要求为其设计冷却系统。由于传统的灯源是通过辐射方式进行散热,所以他们不会产生此类散热问题。许多LED制造商在电和结构方面有着比热方面更多的经验。工程师们需要改变他们的理念,并且应该先考虑散热后考虑电。对于LED系统制造商而言,现今设计中面对的挑战90%是由散热所引起,而电和结构所引起的问题仅仅占到10%。

图4:高功率LED封装草图(点击图片查看原图)
Hechfellner补充说:系统级制造商所面对的最大问题是研发一种散热效率高的灯座,LED装置可以方便的插入这一灯座,而热量可以迅速的导入至环境中。就我所知,当前市场上还没有这种系统。改善导热截面材料和设计工具是进行研发这类系所必须的。我们致力于创造一个良好的研发平台,诸如可以帮助精确模拟LED的仿真工具,从而便于我们的客户进行更好的热设计。
LED封装的本质是即便LED的效率增加,但散热的问题依旧存在。由于光输出随着温度升高而减小,更大比例的电功率转化为热会进一步的提升LED的温度。随着时间的推移LED的光输出会减少,而它的热量又会加速LED的老化。一个常用的白色LED光通量衰减指标是磷光体泛黄,这可能是由于受热引起或者是环境诱发,但这并不意味着芯片低效率工作或有更多的热量产生。热管理的方案需要满足在LED整个使用周期里都能去除热量的要求。
系统级设计考虑
每一种LED的设计考虑都是不同的,并且需要清楚的了解LED所受的尺寸限制和性能。LED系统设计的本质是有效的将热量从LED散热片,金属块或引脚传递到周围环境中。在金属块和印制电路板垫片间必须进行可靠和有效的连接。通常的热量通过PCB上的热过孔到达另一层的铜块上。之后热量通过导热的方式进入到外壳或外部散热器中。当一个外壳内需要去除大量的热时,需要一个外部散热器。LED散热器常用的材料是铝或铜。由于散热器和空气之间的对流换热热阻影响很大,所以有必要对散热器的几何外形进行优化。
散热器的性能取决于材料、翅片数、翅片厚和基座厚等参数。外部散热器扩展了换热表面,便于热量进入到空气中。优化设计必须考虑散热器周围的空气流动情况,而这一区域的空气流动又受到散热器的影响,所以对设计产生了不小的挑战。材料铜可以具有很高的热导率,但相同体积下铝的重量更轻,同时价钱也更便宜。在一些PCB中通过使用一些基板来提升传热能力,这些基板使用陶瓷或者覆有铁、铝或其它材料。

图5:90置信水平下InGaNLUXEONRebel在不同结温和驱动电流情况下的使用寿命
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