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【LED术语】散热(thermal design)

上传人:未知

上传时间: 2010-08-17

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  LED由于发光部较小,为局部热源,因此必须充分考虑对该部分的散热对策。LED亮度和寿命受温度影响会发生大幅变化,因此如果散热设计不完善,就无法获得期望的特性。LED的温度上升,正向电压就会降低,不但会导致发光效率恶化,还会缩短寿命。照明器具和汽车车灯采用多个白色LED,使用了手机背照灯数百倍的光通量。为了增大电流,亮度越亮,就越需要采取各种散热对策。温度容易升高的高功率产品,其封装也需要采用具有耐热性的贵重材料,因此还会导致成本增加。也就是说,散热是关系到效率、成本和寿命等多个方面的重要因素。

  LED散热主要是根据热传导原理传递热量。因此,其构造为通过向多种材料传递热量,逐步扩大受热面积,最终向空气中散热。传递途中存在多种固体材料,材料间存在接触部分。由于固体与固体的接触面上存在的微小凹凸以及面的弯曲等,中间会产生缝隙,导致出现热阻现象。如何抑制热阻现象的出现是提高LED整体导热性的关键。

  热传导材料方面,具有热扩散作用的材料尤为重要。充分利用将点的发热扩大到面的材料,使元件整体保持均匀的温度。简而言之,热源与其周边几乎没有温差的状态是LED构造中最为理想的。

  芯片→封装→印刷底板巧妙散发热量

  要提高使用LED的产品的散热性,必须将受电力输入影响而温度上升的LED芯片的热量充分导出。为此,①在降低从芯片到封装的热阻的基础上,还要②降低从封装至印刷布线底板的热阻,③为了散发印刷布线底板的热量,最后还要准备一条将芯片热量顺利散发到空气中的通道。

  利用散热片和散热管防止LED灯过热

  丰田汽车的“雷克萨斯 LS600h”上配备的LED前照灯为了防止白色LED灯过热,在各灯的背面设置了散热片(a)。为了能更有效地散热,还设置了散热管,预防灯壳过热(b)。通过这些措施,即使不使用基于冷却扇的强制空冷,也可为白色LED灯散热。

  随着高输出功率封装的采用不断增加,近来,LED照明器具大多在印刷底板中使用金属底板。不过,即便是金属底板,确保充分散热还是越来越困难。对此,散热性高的新构造底板方案被提了出来。

  例如,电气化学工业研究的“AGSP底板”采用在热传导较高的绝缘树脂中嵌入Cu突起,将LED的热量经由Cu突起散发到安装面的另一侧。如果让散热片和外壳能够接触,即可实现有效散热。该公司表示,如果是相当于40W白炽灯的LED,采用金属底板即可充分散热,但如果安装的是相当于100W白炽灯的LED,还是AGSP底板更有效。Cu突起的直径相对于LED芯片可实现足够大的4mm左右。

  散热性优异的AGSP底板

  由电气化学工业与大和工业开发。右为安装LED封装的示例。经由Cu突起将LED元件的热量散发到底板里侧。

  此外,作为高输出功率LED用底板,还有在热传导率较高的AlN板上印刷Ag膏的陶瓷底板。

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