摘要：LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温在允许的范围内,是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素,尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。首先介绍pn结结温对LED器件性能的影响,接着分析大功率LED结温与器件热阻的关系。基于对器件热阻的分析,得出了结温与热阻已经制约大功率LED进一步向更大功率发展的结论,并提出了如下两个观点:1.要在保持低成本和自然散热方式下提高LED器件的功率,根本的出路是提高光转换效率;2.在目前没有提高光转换效率的情况下,发展超过5 W的大功率器件对工程应用没有实质意义。

　　发光二极管(L ight Emitting Diode, LED)问世已有40多年历史,从1962年的每只LED光通量仅有0. 001 lm发展到现在的每只超过120 lm,器件的工作电流从几个毫安到目前超过1 000 mA。基于目前的半导体制造技术, LED输入功率中只有大约5% ～10%的能量转化为光能,其他的则转化为热能。对于大功率器件来说,其输入功率≥1W,而芯片尺寸则为1 mm ×1 mm～2. 5 mm ×2. 5 mm,芯片的功率密度很大,如何控制大功率LED的热能量,是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。以前功率二极管、功率三极管、IGBT、MOSFET的热量可以通过安装在仪器机壳板上的、尺寸几乎不受限制的外部散热器散发出去,或在器件贴装散热器再安装散热风扇,主动散热。但这些外部条件对大功率LED应用来说几乎是不存在的,由于功率LED用于照明等场合,控制成本十分重要,同时功率LED外部热沉的尺寸也不允许太大,更不可能容许以加电风扇等方式主动散热。因此,功率LED的热设计十分重要。如果LED器件的热系统设计不完善,从pn结到LED外部环境(及空气)的热阻大,导致pn结结温过高, LED芯片将快速劣化、器件寿命缩短。

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