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LED照明燈具——LED芯片(3)

2023-12-04 16:31:52
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LED芯片的散熱方式主要是熱傳導和熱對流。傳統上,LED燈具的散熱結構包括基底散熱片以及散熱器?;讓⒕Я5臒崃總鲗С鰜?,可以導熱但不導電。散熱片將熱量擴散開來,以免熱堆積于LED光源處,并且可以提升散熱器的效率。散熱器將熱量有效地散發于空氣中。若基底材料的熱導率極低,容易導致器件的熱阻增大,產生嚴重的自加熱效應,對器件的性能和可靠性帶來毀滅性的影響。

均熱板能實現超高熱流密度傳熱,可解決大功率LED的熱點問題。均熱板是一個內壁具微結構的真空腔體,當熱量由熱源傳導至蒸發區時,腔體里面的工作介質在低真空度的環境中便會開始產生液相汽化現象,此時介質吸收熱量且體積迅速膨脹,氣相的介質會很快充滿整個腔體。當氣相介質接觸到一個比較冷的區域時便會產生凝結現象,釋放出在蒸發時累積的熱量,凝結后的液相介質會由微結構再回到蒸發熱源處。此工作過程將在腔體內周而復始地進行,這就是均熱板的工作方式。由于工作介質在蒸發時微結構可以產生毛細力,所以均熱板的工作可不受重力的影響。

采用均熱板的LED燈的散熱結構,它去掉了基底,減少了一大部分熱阻。LED器件可以緊密排列并直接綁定在均熱板上,并且可以用標準打線封裝機臺直接封裝LED器件及相關電路,構建成一個獨立光源。

這種將LED器件直接綁定在均熱板上的方法有明顯的好處。LED器件的下方與均熱板接觸,可以通過均熱板把點熱源擴散并可有效地將熱量傳遞至后端,從而降低熱點溫度,延長LED的壽命。此外,利用這種方法還可集中擺放LED器件,讓光源集中,有利于二次光學設計。而采用SMD封裝的均熱板還可以使用SMD自動化設備進行大批量生產。

LED芯片常用的高功率化方式是:芯片大型化,改善發光效率,采用高取光效率的封裝,以及大電流化。這類做法雖然電流發光量會呈比例增加,但是發熱量也會隨之增大。而改用高熱傳導率陶瓷或金屬樹脂封裝結構,可以解決散熱問題和強化原有的電、光及熱特性針對大功率LED封裝技術而言,由于散熱問題造成了一定程度的困擾,在此背景下具有高成本效益的金屬基板技術就成了LED大效率化之后的另一個備受關注的新技術。

過去由于LED輸出功率較小,因此使用傳統的FR4等玻璃環氧樹脂封裝基板并不會引起太大的散熱問題,但應用于照明用的大功率LED時,雖芯片面積相當小,整體消費的電功率也不多,但是單位面積的發熱量卻很大。

般來說,樹脂基板的散熱能力只能夠支持0.5W以下的LED,0.5W以上的LED多改用金屬或陶瓷高散熱基板進行封裝,主要原因是基板的散熱性能直接影響LED的壽命與性能,因此封裝基板成為設計高亮度LED產品的開發重點。

隨著LED技術的發展,其在照明領域的應用也越來越多,特別是白光LED的出現推動了半導體固態照明技術的發展。但LED芯片、封裝技術還有待進一步提高,在芯片方面要朝大功率、高光效和低熱阻方面發展。提高功率意味著芯片的工作電流加大,***直接的解決方法是加大芯片尺寸?,F在普遍出現的大功率芯片的尺寸都在1mmx1mm左右,工作電流為350mA。由于工作電流的加大,散熱問題成為了突出問題,現在通過芯片倒裝的方法基本解決了這一問題。隨著LED技術的發展,其在照明領域的應用會面臨一個前所未有的機遇和挑戰。

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