[分享]LED结温产生的原因分析及其解决方法 [复制链接]

1.什么是LED的结温？ !;M5.Y1j&"  
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　　LED的基本结构是一个半导体的P—N结。实验指出，当电流流过LED组件时，P—N结的温度将上升，严格意义上说，就把P—N结区的温度定义为LED的结温。通常由于组件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。 LjPpnjU  
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2.产生LED结温的原因有哪些？ s(cC;  
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　　在LED工作时，可存在以下五种情况促使结温不同程度的上升： &FY7 D<  
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　　a、组件不良的电极结构，视窗层衬底或结区的材料以及导电银胶等均存在一定的电阻值，这些电阻相互垒加，构成LED组件的串联电阻。当电流流过P—N结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高。 g^[BnP)I  
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　　b、由于P—N结不可能极端完美，组件的注人效率不会达到100％，也即是说，在LED工作时除P区向N区注入电荷(空穴)外，N区也会向P区注人电荷(电子)，一般情况下，后一类的电荷注人不会产生光电效应，而以发热的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入电荷，也不会全部变成光，有一部分与结区的杂质或缺陷相结合，最终也会变成热。 >N-l2?rE  
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　　c、实践证明，出光效率的限制是导致LED结温升高的主要原因。目前，先进的材料生长与组件制造工艺已能使LED极大多数输入电能转换成光辐射能，然而由于LED芯片材料与周围介质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的极大部分光子(>90％)无法顺利地溢出界面，而在芯片与介质界面产生全反射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。 /kNS
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　　d、显然，LED组件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。由于环氧胶是低热导材料，因此P—N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散发到环境中去，大部分热量通过衬底、银浆、管壳、环氧粘接层，PCB与热沉向下发散。显然，相关材料的导热能力将直接影响组件的热散失效率。一个普通型的LED，从P—N结区到环境温度的总热阻在300到600℃／w之间，对于一个具有良好结构的功率型LED组件，其总热阻约为15到30℃／w。巨大的热阻差异表明普通型LED组件只能在很小的输入功率条件下，才能正常地工作，而功率型组件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。 2!?=I'uMA  
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3.降低LED结温的途径有哪些？ _ pO1XM  
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　　a、减少LED本身的热阻； 1-}M5]Y  
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　　b、良好的二次散热机构； j W/*-:  
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　　c、减少LED与二次散热机构安装界面之间的热阻； !XQ
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　　d、控制额定输入功率; |6 E !wW  
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　　e、降低环境温度 O:jaA3  
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　　LED的输入功率是组件热效应的唯一来源，能量的一部分变成了辐射光能，其余部分最终均变成了热，从而抬升了组件的温度。显然，减小LED温升效应的主要方法，一是设法提高组件的电光转换效率（又称外量子效率），使尽可能多的输入功率转变成光能，另一个重要的途径是设法提高组件的热散失能力，使结温产生的热，通过各种途径散发到周围环境中去。