LED照明中的散熱問題

 1.LED照明存在的發(fā)熱問題

　　在使用LED照明過程中，與使用傳統(tǒng)照明方式一樣，需要將電能轉(zhuǎn)換為光能。然而在這兩種方式中，沒有一種能夠完全地將電能轉(zhuǎn)換成光能，而且只能將少數(shù)部分的電能轉(zhuǎn)換成光能，其余大部分電能(60%一70%)在LED發(fā)光、照明的過程中轉(zhuǎn)化成了熱能。尤其是對(duì)于大功率的LED器件及照明燈具來說，隨著功率的不斷增大，LED內(nèi)部芯片的溫度也會(huì)逐漸上升，而且LED內(nèi)部芯片以及其它器件的性能會(huì)隨著溫度上升而下降，甚至失效。最終導(dǎo)致LED器件無法工作。從根本上講，結(jié)溫的上升降低了PN結(jié)發(fā)光復(fù)合的幾率。表現(xiàn)在光源上就是發(fā)光亮度下降，產(chǎn)生了飽和現(xiàn)象。因此發(fā)熱問題是LED發(fā)展過程中亟待解決的問題。

　　2.發(fā)熱問題對(duì)LED的影響

　　在上面發(fā)熱問題中提到，發(fā)熱問題不僅會(huì)影響到LED器件的壽命，還能夠影響到發(fā)光亮度。經(jīng)驗(yàn)證明，LED尤其是大功率LED的壽命主要依賴于芯片的結(jié)溫，溫度越高。可靠性越低，工作壽命越短。因此不僅需要從LED材料、制作方式、封裝結(jié)構(gòu)以及發(fā)光原理等方面綜合設(shè)計(jì)LED器件，更重要的是解決目前存在LED器件以及燈具中的散熱問題，選擇合適的封裝結(jié)構(gòu)、合理的散熱方式，并應(yīng)用到LED照明中。

　　二、LED照明散熱技術(shù)現(xiàn)狀

　　針對(duì)LED器件以及燈具在電能轉(zhuǎn)化為光能方面的局限性，提出了散熱技術(shù)這一概念。散熱旨在解決在LED照明過程中，除去電能轉(zhuǎn)化成的那一部分光能，由電能轉(zhuǎn)化成的熱量對(duì)LED內(nèi)部芯片產(chǎn)生的影響(使得芯片性能下降、老化甚至失效)。

　　1、影響LED散熱的主要因素

　　影響散熱的主要因素有材料屬性(導(dǎo)熱率)、封裝結(jié)構(gòu)、封裝材料、芯片尺寸、芯片材料、芯片上電流密度等。一般情況下，LED照明器件以及燈具是由芯片、電路基板、外部散熱器以及驅(qū)動(dòng)器四部分構(gòu)成。因此目前存在兩種散熱設(shè)計(jì)方案：一是減少LED 器件由電能轉(zhuǎn)化成熱能，實(shí)現(xiàn)過程需要通過提高LED內(nèi)部器件的內(nèi)量子效率，從而提高LED的出光效率，進(jìn)而從內(nèi)部解決LED在照明(使用)過程中產(chǎn)生的散熱問題;二面是從外部設(shè)計(jì)考慮出發(fā)，通過改變LED器件以及燈具的封裝材料或者封裝方式，以達(dá)到減小封裝熱阻的目的，有時(shí)還需要配置合適的散熱器來解決高結(jié)溫問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)延長LED器件的使用壽命。

　　2、目前存在的散熱方式

　　由于在技術(shù)方面的局限性，目前多采用改變LED照明器件的外部設(shè)計(jì)或者使用散熱器的方法來解決散熱問題。LED照明器件的散熱方式目前有很多種，可以分為封裝級(jí)散熱方式和燈具級(jí)散熱方式。封裝級(jí)散熱方式，顧名思義，它是通過優(yōu)化LED內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)以及材料來達(dá)到減小封裝熱阻的效果，主要分為封裝結(jié)構(gòu)方面的硅基板倒裝芯片(FCLED)結(jié)構(gòu)、金屬線路板結(jié)構(gòu)等和材料方面的基于基板材料和粘帖材料的擇優(yōu)選取原則。

　　而燈具級(jí)散熱方式主要是指熱量從封裝基板到外部散熱器的傳遞過程中實(shí)施散熱的方式，主要分為被動(dòng)散熱和主動(dòng)散熱，主動(dòng)散熱是指通過系統(tǒng)以外的能量驅(qū)動(dòng)，將LED 內(nèi)部芯片以及本身器件的熱量散發(fā)出去，主要包括加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱、液冷散熱、半導(dǎo)體制冷散熱、離子風(fēng)散熱和合成射流散熱等;而被動(dòng)散熱是指僅通過散熱器本身，將在LED照明過程中產(chǎn)生的熱量分散出去，達(dá)到降低結(jié)溫的效果，主要有直接自然對(duì)流散熱和熱管(平板熱管、環(huán)路熱管和翅片式熱管)技術(shù)散熱兩種。