淺談影響LED元件熱阻的因素

熱阻(thermal resistance),是物體對熱量傳導的阻礙效果。熱阻的單位為℃/W,即物體持續傳熱功率為1W時,導熱路徑兩端的溫差。LED的熱阻是指LED點亮後,熱量傳導穩定時,晶片表面每1W耗散,PN結點的溫外與連線的支加或散熱基板之間的溫度差就是LED的熱阻Rth。熱阻值一般常用θ或是R表示,其中Tj為接面位置的溫度,Tx為熱傳到某點位置的溫度,P為匯入的發熱功率。熱阻大表示熱不容易傳遞,因此套件所產生的溫度就比對高,由熱阻可以判斷及預測套件的發熱狀況。℃/W數值越低,表示晶片中的熱量向外界傳導越快。因此,降低了晶片中PN結的溫度有利於LED壽命的延長。

那麼影響LED元件熱阻的主要因素有哪些呢?如何降低LED元件的熱阻呢?

1、LED晶片架構與原物料也是影響LED熱阻大小的因素之一,減少LED本身的熱阻是先期條件;
2、不同導熱系數的熱沉材料,如銅、鋁等對於LED熱阻大小的影響也很大,因此選取合適的熱沉材料也是降低LED元件熱阻的方法之一。
3、即使用相同的熱沉材料,也和散熱面積的大小有直接關係,二次散熱設計好,面積大,也就相應地降低了熱阻,這對LED的發光效率和壽命的延長有很大作用。
4、LED晶片用導熱膠還是與金屬直接相連,包括導熱膠和金屬的不同種料都會影響LED熱阻的大小。要儘量減少LED與二次散熱機搆裝載介面之間的熱阻。
5、LED元件的工作環境溫度過高也會影響LED元件的熱阻大小,儘量降低環境溫度。
6、選用一定的材料與控制額定匯入功率等技術細節,以提高LED發光效率和延長LED壽命為前提,處理好LED的散熱問題。

簡單歸納,我們必須要在LED設計時考慮到以下幾點:

1、降低晶片的熱阻。
2、最佳化熱通道。
a、通道架構:長度(L)越短越好;面積(S)越大越好;環節越少越好;消除通道上的熱傳導瓶頸。
b、通道材料的導熱係數λ越大越好。
c、改良封裝製程,令通道環節間的介面接觸更緊密可靠。
3、強化電通道的導/散熱功能。
4、選用導/散熱效能更高的出光通道材料。

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