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大功率LED散热技术和热界面材料研究进展

上传人:LEDth/整理

上传时间: 2015-01-28

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作者郭常青/闫常峰/方朝君/李文博
单位中国科学院广州能源研究所
分类号TK264.1
发表刊物半导体光电
发布时间2011年12月

  0 引言

  LED照明应用和产业发展前景诱人,但LED要真正实现大规模广泛应用,仍有许多问题需要解决,散热就是其中一个难点、关键和核心问题之一。

  目前LED的光电转换效率还相对较差,仅20% ~30%的输入电能转化为光能,其余70%~80%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化为热能,使LED温度升高,而温度的升高会产生以下不良影响:发光强度降低、发光主波长偏移、严重降低LED的寿命,加速LED的光衰等。因此LED产品的性能及其可靠性,很大程度上取决于是否具有良好的散热设计,以及所采取的散热措施是否有效。目前LED器件的热流密度高达1W/mm2 量级,属于高热流密度器件,LED器件的散热问题是其大规模推广应用的关键问题之一。低热阻、散热良好是大功率LED的未来发展趋势和产品竞争力的重要体现。本文在分析大功率LED散热各主要环节热阻的基础上,从散热技术和热界面材料两个方面,对目前LED散热技术的国内外研究进展进行了评述。

  1 LED 热阻分析

  典型的LED芯片装配结构如图1 所示,其中LED芯片通过焊接或者硅脂固定在衬底上,热量以热传导的方式从芯片经焊层、衬底、热界面材料(TIM)传递至热沉,再以各种散热方式将热量传递到环境中去,热沉可用其他冷却方案代替,如强制空冷、热管、热电制冷等。根据热阻分析原理可知:

  从上式可知,LED结温主要由热负荷、环境温度和各环节热阻决定。要降低结温,应降低各环节热阻,特别是合理设计散热器和选择热界面材料。

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