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1、LED散热原理与技术简介LED散热原理与技术简介LED热学特性及散热分析产生热量的原因1图 (a)电子与空穴结合产生辐射复合，辐射光子能量为hvEg。 图(b)在非辐射复合中，电子与空穴结合后转化为晶格振动（以热量的形式表现） 在目前的技术条件下，不同波长的LED芯片中，非辐射复合百分比从1（红橙色）97 （深紫色）不等，因此芯片内量子效率为99（红橙色）3（深紫色）LED散热原理与技术简介产生热量的原因21. 芯片PN结处发出的光子在通过芯片表面的时候，由于芯片的折 射率远大于空气和封装用的硅胶，存在全反射的现象，导致到达 表面的光子被反射回芯片内部，最终转换成了热量。外量子效率 的定义为：
2、 ex 芯片发射出的光子数量/PN结产生的光子数量 。通常外量子效率从330不等（2008年）2. 制作白光单元的时候，由于荧光粉存在激发效率，也存在部分激 发能量转换为热量。3. 不合理的光学设计也会导致产品出光效率低下，为出射的光能转 化为热能。4. 因此综合上述原因，目前高亮度的LED产品仅有20左右的电能 最终转换为光能。LED散热原理与技术简介芯片的物理特性 芯片尺寸目前市场上技术比较成熟的功率型LED芯片尺寸都在 40mil(1mil1/25.4 in)，约11mm2左右，其功率密度高达 1 w/m*2 。 芯片主要材料蓝绿光PN结: GaN/GaNIn，掺杂有In，Al等衬底：蓝
3、宝石/碳化硅/铜合金等LED散热原理与技术简介传统的照明器件不同，白光LED的发光光谱中不包括红外部分，所以 器件产生的热量不能依靠辐射释放出去，所产生的热量转化为使芯片本 身温度升高的升高的能量。单色LED光谱分布白炽灯光谱分布LED散热原理与技术简介散热的重要性1.温度对LED的影响荧光粉 光谱分布 光输出LED散热原理与技术简介1.1 温度对黄色荧光粉激发效率的影响LED散热原理与技术简介1.2 光谱分布对色温和色坐标影响LED散热原理与技术简介测量结果LED散热原理与技术简介1.3 LED光输出与结温的关系Cree公司的XLamp7090XRELED散热原理与技术简介不同厂家LED测量
4、结果LED散热原理与技术简介对于单个LED而言，如果热量集中在尺寸很小的芯片内 而不能有效散出，则会导致芯片温度升高，引起热应力的非均 匀分布、芯片的失效率也会上升。研究表明：当温度超过一定值，器件的失效率将呈指数 规律攀升，元件温度每上升2oC，可靠性下降10 。影响器件可靠性LED散热原理与技术简介散热技术研究热量传递基本方式 传导、对流、辐射 散热的基本方式 主动散热 被动散热LED散热原理与技术简介凡是有温度差的地方，就有热量自发地从高温物体传向低温物体， 或者从物体的高温部分传向低温部分。热量传递是自然界和生产技术中 一种非常普遍的现象。热量传递的基本方式三种热传递的基本方式 导热
5、对流 辐射LED散热原理与技术简介导热 : 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子 等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热（或者热传导）。基本公式为“Q= AT”。 其中： Q：单位时间内通过某一给定面积的热量，简称热流量。单位：W；：材料的热传导系数，单位：W/(m K) A代表传热的面积(或是两物体的接触面积)，单位： T代表两端的温度差，单位：； 因此，从公式我们就可以发现，热量传递的大小与热传导系数、热传 热面积成正比，同距离成反比。LED散热原理与技术简介几种常见金属材料的热传导系数（20）LED散热原理与技术简介对流 : 对流指的是流体(气体或液体)与固体表面
6、接触，造成流体从固 体表面将热带走的热传递方式。热对流的公式为“Q=HAT”。 公式：Q依旧代表热量，也就是热对流所带走的热量；H为对流换热系数值，A则代表对流的有效面积；T代表固体表面与区域流体之间的温度差。因此热对流传递中，热量传递的数量同热对流系数、有效接触面 积和温度差成正比关系；在传递热量恒定的情况下，T越小，HA需要越大。LED散热原理与技术简介对流分为自然对流与强制对流：1、自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起，驱动力是温度差导致的密度差；2、强制对流：流动是受外在的强制驱动（如风扇带动的空气流动）或者其他压差所引起的。LED散热原理与技术简介辐射 : 不需要接触，就能够
7、发生热交换的传递方式，也就是说，热辐射其实就 是以波的形式达到热交换的目的。 特点： 1、热辐射是通过波来进行传递的，那么势必就会有波长、有频率。2、不通过介质传递就需要的物体的热吸收率来决定传递的效率了，这 里就存在一个热辐射系数，其值介于01之间，是属于物体的表面特性，热辐射的热传导公式：Q =ES (Ta4Tb4)”。 公式中：Q代表热辐射所交换的能力，E是物体表面的发射率。S是物体的表面积，是斯忒藩玻尔兹曼常量，即黑体辐射常数。Ta4Tb4则是表面a的温度同表面b之间的温度差。因此热辐射系数、物体 表面积的大小以及温度差之间都存在正比关系。 因此，温度差每增加一倍，换热能力提高16倍。
8、白炽灯工作温度为3000摄氏度左右，而LED路灯散热器温度仅为50摄 氏度左右。LED散热原理与技术简介依照从散热器带走热量的方式：主动式散热：通过风扇等散热设备强迫性地将散热片发出的热量带走，其特点是散热效率高，而且设备体积小。几种常见的主动散热方式：风冷散热、液冷散热、热管散热 、半导体制冷、化学制冷被动式散热：通过散热片将热源如CPU产生的热量自然散发到空气中，其 散热的效果与散热片大小成正比，但因为是自然散发热量，效果当然 大打折扣，散热的基本方式LED散热原理与技术简介目前，由于主动散热技术在可靠性、价格与使用寿命等方面还存在较 多的问题，因此，还不能成为LED产品的主流散热技术。但随着技术 与生产的发展，主动散热技术的应用会越来越多。LED产品目前最可靠、最经济的散热方式为被动自然对流散热。由于 被动自然对流先天存在换热系数低，对产品的安装位置有要求等缺陷 ，使得产品的体积变得庞大与笨重。目前解决被动自然对流散热技术的方法只有优化换热系数与面积。LED产品的散热方式LED散热原理与技术简介谢谢！LED散热原理与技术简介
