LED散熱技術(shù)LED發(fā)熱問題
與傳統(tǒng)光源一樣,半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)在工作期間也會(huì)產(chǎn)生熱量,其多少取決于整體的發(fā)光效率。 在外加電能量作用下,電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致發(fā)光,在PN結(jié)附近輻射出來的光還需經(jīng)過芯片(chip)本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達(dá)外界(空氣)。綜合電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光取出效率等,最終大概只有30-40%的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能,其余60-70%的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點(diǎn)陣振動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化熱能。
一般來說,LED燈工作是否穩(wěn)定,品質(zhì)好壞,與燈體本身散熱至關(guān)重要,市場上的高亮度LED燈的散熱,常常采用自然散熱,效果并不理想。LED光源打造的LED燈具,由LED、散熱結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器、透鏡組成,因此散熱也是一個(gè)重要的部分,如果LED不能很好散熱、它的壽命也會(huì)受影響。
由于III族氮化物的p型摻雜受限于Mg受主的溶解度和空穴的較高啟動(dòng)能,熱量特別容易在p型區(qū)域中產(chǎn)生,這個(gè)熱量必須通過整個(gè)結(jié)構(gòu)才能在熱沉上消散;LED器件的散熱途徑主要是熱傳導(dǎo)和熱對流;Sapphire襯底材料極低的熱導(dǎo)率導(dǎo)致器件熱阻增加,產(chǎn)生嚴(yán)重的自加熱效應(yīng),對器件的性能和可靠性產(chǎn)生毀滅性的影響。
熱量集中在尺寸很小的芯片內(nèi),芯片溫度升高,引起熱應(yīng)力的非均勻分布、芯片發(fā)光效率和螢光粉激射效率下降;當(dāng)溫度超過一定值時(shí),器件失效率呈指數(shù)規(guī)律增加。統(tǒng)計(jì)資料表明,元件溫度每上升2℃,可靠性下降10%。當(dāng)多個(gè)LED密集排列組成白光照明系統(tǒng)時(shí),熱量的耗散問題更嚴(yán)重。解決熱量管理問題已成為高亮度LED應(yīng)用的先決條件。
提高功率LED的亮度最直接的方法是增大輸入功率,而為了防止有源層的飽和必須相應(yīng)地增大p-n結(jié)的尺寸;增大輸入功率必然使結(jié)溫升高,進(jìn)而使量子效率降低。單管功率的提高取決于器件將熱量從p-n結(jié)導(dǎo)出的能力、在保持現(xiàn)有芯片材料、結(jié)構(gòu)、封裝工藝、芯片上電流密度不變及等同的散熱條件下,單獨(dú)增加芯片的尺寸,結(jié)區(qū)溫度將不斷上升
這是最常見的散熱方式,用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來增加散熱面積。
使用LED絕緣散熱塑料替代鋁合金制作散熱體,能大幅提高熱輻射能力。
燈殼表面做輻射散熱處理,簡單的就是涂抹輻射散熱漆,可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表面。
利用燈殼外形,制造出對流空氣,這是最低成本的加強(qiáng)散熱方式。
燈殼內(nèi)部用長壽高效風(fēng)扇加強(qiáng)散熱,造價(jià)低,效果好。不過要換風(fēng)扇就是麻煩些,也不適用于戶外,這種設(shè)計(jì)較為少見。
利用導(dǎo)熱管技術(shù),將熱量由LED芯片導(dǎo)到外殼散熱鰭片。在大型燈具,如路燈等是常見的設(shè)計(jì)。
利用液態(tài)球泡封裝技術(shù),將導(dǎo)熱率較高的透明液體填充到燈體球泡內(nèi)。這是除了反光原理外,唯一利用LED芯片出光面導(dǎo)熱、散熱的技術(shù)。
在家用型較小功率的LED燈,往往利用燈頭內(nèi)部空間,將發(fā)熱的驅(qū)動(dòng)電路部分或全部置入。這樣可以利用像螺口燈頭這樣有較大金屬表面的燈頭散熱,因?yàn)闊纛^是密接燈座金屬電極和電源線的。所以一部分熱量可由此導(dǎo)出散熱。
燈殼散熱的目的是降低LED芯片的工作溫度,由于LED芯片膨脹系數(shù)和我們常用的金屬導(dǎo)熱、散熱材料膨脹系數(shù)差距很大,不能將LED芯片直接焊接,以免高、低溫?zé)釕?yīng)力破壞LED芯片。最新的高導(dǎo)熱陶瓷材料,導(dǎo)熱率接近鋁,膨脹系可調(diào)整到與LED芯片同步。這樣就可以將導(dǎo)熱、散熱一體化,減少熱傳導(dǎo)中間環(huán)節(jié)。
10.PVC改良材料
具有導(dǎo)熱功能,二次封裝
用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來增加散熱面積利用導(dǎo)熱管技術(shù),將熱量由LED芯片導(dǎo)到外殼散熱鰭片。在大型燈具,如路燈等是常見的設(shè)計(jì)。利用液態(tài)球泡封裝技術(shù),將導(dǎo)熱率較高的透明液體填充到燈體球泡內(nèi)。這是除了反...
夕陽紅~ 2010-05-07 (1)散熱性 目前,很多雙面板、多層板密度高、功率大,熱量散發(fā)難。常規(guī)的印制板基材如FR4、CEM3都是熱的不良導(dǎo)體,層間絕緣,熱量散發(fā)不出去。...
LED燈是必須要散熱的。LED在工作時(shí),會(huì)有80%左右的電能轉(zhuǎn)化成了熱能,20%的電能轉(zhuǎn)化為光能, LED散熱器就是來給LED散熱用的,因?yàn)長ED芯片在工作時(shí),他本身的環(huán)境溫度與出光率成反比關(guān)系的,溫...
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詳解各種 LED 散熱技術(shù) 洞悉 LED 燈具散熱策略 (圖 ) 導(dǎo)讀 : 伴隨著高功率 LED 技術(shù)迭有進(jìn)展, LED 尺寸逐漸縮小,熱量集中在小尺寸芯片內(nèi), 且熱密度更高,致使 LED 面臨日益嚴(yán)苛的熱管理考驗(yàn)。 光二極管 (LED )具備輕薄、省電、環(huán)保、點(diǎn)亮反應(yīng)快、長壽命等特點(diǎn),加上在成本續(xù) 降之下,光輸出與 功率仍不斷提升,促使 LED 照明的市場接受度與日俱增,從交通號志 指示燈至大尺寸背光源, 進(jìn)展到各種照明用途如車頭燈、 室內(nèi)外照明燈具等。 現(xiàn)階段 LED 發(fā)光效率已突破每瓦 100 流明,足以取代耗電的白熾燈、鹵素?zé)?,甚至是熒光燈與高壓 氣體放電燈。 伴隨著高功率 LED 技術(shù)迭有進(jìn)展, LED 尺寸逐漸縮小, 熱量集中在小尺寸芯片內(nèi), 且熱密度更高,致使 LED 面臨日益嚴(yán)苛的熱管理考驗(yàn)。為降低 LED 熱阻,其散熱必須 由芯片層級 (Chip Level) 、封裝層
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發(fā)光二極管(light-emitting diode,LED)是公認(rèn)的新一代光源,具有長壽命、節(jié)能環(huán)保、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。但LED在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,如果無法有效散發(fā)出去將嚴(yán)重影響其性能。尤其對于當(dāng)前研究熱點(diǎn)的嵌入式大功率LED燈具,散熱問題更加嚴(yán)峻,已成為制約該領(lǐng)域研究的瓶頸之一。目前常用的散熱方式分為被動(dòng)散熱和主動(dòng)散熱兩種,本文將對這兩種散熱方式的研究進(jìn)行簡介,希望對人們了解該領(lǐng)域的研究有所幫助。
LED路燈散熱技術(shù),一般使用多為導(dǎo)熱板方式,是一片5mm厚的銅板,實(shí)際上算是均溫板,把熱源均溫掉;也有加裝散熱片來散熱,但是重量太大。重量在路燈系統(tǒng)上十分重要,因?yàn)槁窡舾哂?米,若太重危險(xiǎn)性就增加,尤其遇到臺(tái)風(fēng)、地震都可能產(chǎn)生意外.國內(nèi)有廠家采用全球首創(chuàng)的針狀散熱技術(shù),針狀散熱器的散熱效率要比傳統(tǒng)片狀散熱器有很大幅度提高,能使LED結(jié)溫比普通散熱器低15℃以上,并且防水性能比普通鋁型材散熱器要好,同時(shí)在重量和體積上也有所改進(jìn)。
防爆手電筒LED燈頭的散熱技術(shù)如何去判定優(yōu)劣
防爆手電筒是使用在電力、冶金、石油、石化、消防、工礦及各種易燃易爆場所,作為移動(dòng)照明的產(chǎn)品。其中里面核心的部分就是發(fā)光產(chǎn)品LED光源,它是照明工具供不可或缺的重要組成部分。但是由于我們一只防爆手電筒需要連續(xù)工作一個(gè)班的時(shí)間,所以我們工作時(shí)間都是設(shè)置在8個(gè)小時(shí)以上,工作光設(shè)置在了16個(gè)小時(shí)以上;考慮到是連續(xù)工作時(shí)間,就會(huì)造成燈頭部分溫度升高,如果不能很好的薩熱,對LED光源的效果就會(huì)大大的影響,減少LED光源的使用壽命和LED光源的照明亮度,直接影響了工作體驗(yàn)感覺。而好的防爆手電筒LED光源的外殼有很好的散熱功能,然而根據(jù)使用場所的不同,外殼外觀和散熱技術(shù)也會(huì)有所不同的。
散熱技術(shù)
1.常見的散熱方式就是用鋁散熱鰭片做為外殼的一部分來增加散熱面積。
2.在塑料外殼注塑時(shí)填充導(dǎo)熱材料,增加塑料外殼導(dǎo)熱、散熱能力。
3.使用燈殼表面做輻射散熱處理,簡單的就是涂抹輻射散熱漆,可以將熱量用輻LED防爆手電筒輻射方式帶離燈殼表面。
4.利用燈殼外形,制造出對流空氣,這是低成本的加強(qiáng)散熱方式?;蛘邿魵?nèi)部用長壽高效風(fēng)扇加強(qiáng)散熱, 造價(jià)低,效果好;不過要換風(fēng)扇就是麻煩些,也不適用于戶外,這種設(shè)計(jì)較為少見。
5.利用導(dǎo)熱管技術(shù),將熱量由LED芯片導(dǎo)到外殼散熱鰭片。這是比較常見的設(shè)計(jì)。
6.利用液態(tài)球泡封裝 技術(shù),將導(dǎo)熱率較高的透明液體填充到燈體球泡內(nèi)。這是目前除了反光原理外,唯一利用LED芯片出光面來導(dǎo)熱、散熱的技術(shù)。
7.家用型較小功率的LED燈,往往利用燈頭內(nèi)部空間,將LED路 燈外殼驅(qū)動(dòng)電路部分或全部置入。這樣可以利用像螺口燈頭這樣有較大金屬表面的燈頭散熱,因?yàn)闊纛^是密接燈座金屬電極和電源線的。所以一部分熱量可由此導(dǎo)出散熱。
8.燈殼散熱的目的是降低LED芯片的工作溫度,由于LED芯片膨脹系數(shù)和我們常用的金屬導(dǎo)熱、散熱材料膨脹系數(shù)差距很大,不能將LED芯片直接焊接,以免高、低溫?zé)釕?yīng)力破壞LED芯片。新的高導(dǎo)熱陶瓷材料,導(dǎo)熱率接近鋁,膨脹系可調(diào)整到與LED芯片同步。這樣就可以將導(dǎo)熱、散熱一體化,減少熱傳導(dǎo)中間環(huán)節(jié)。
如何判斷散熱的優(yōu)劣?
1.一款散熱設(shè)計(jì)合理,制做精細(xì)的防爆手電筒,散熱能力和功率有相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系。散熱片的體積、重量決定了熱量的儲(chǔ)存能力,所以散熱片一般都是個(gè)大坨坨。散熱片的面積決定了的散發(fā)能力,為了加大面積,一般會(huì)做成各種柱、網(wǎng)、片等形狀。
2.散熱器在燈具的成本里占了很大一塊。某些偷工減料的工廠為了節(jié)約成本,會(huì)以次充好、以小充大。那么問題來了:我們?nèi)绾闻袛嘁粋€(gè)燈具的散熱器做得好不好呢?
3.直接的方法是測量燈具工作時(shí)LED芯片的溫度,專業(yè)術(shù)語叫做“結(jié)溫”。管他怎么吹,結(jié)溫控制在可接受的范圍內(nèi),那就是做得好,反之就是偷工減料了。但是,結(jié)溫不是那么容易測量的,需要一連串的專業(yè)設(shè)備和方法,才能準(zhǔn)確測量出燈具內(nèi)部核心位置LED芯片的結(jié)溫。有時(shí),即使用專業(yè)設(shè)備,也只能從外部看到表象,無法深入測量。我們一般的設(shè)計(jì)師、工程商,在選擇燈具時(shí),顯然無法去測量結(jié)溫。土方法是——用手摸……那么,模上去燙好?還是不燙好呢?
首先澄清一下:用手摸感觸測試LED燈具溫度,本身不具科學(xué)說服力,畢竟不同之人感知溫度的敏感度有所差異。然而,當(dāng)測試設(shè)備不在現(xiàn)場的情況下,用手摸也能粗略判斷燈具溫度的高低,前提是燈具溫度要低于燙傷手的溫度下使用。
以上就是我們公司在生產(chǎn)防爆手電筒的時(shí)候,技術(shù)工作人員了解到的關(guān)于防爆手電筒散熱技術(shù)的全部內(nèi)容,歡迎大家檢閱,大家如果有什么好的意見或建議,歡迎大家提供,希望我們攜手一起發(fā)展。
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,做為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新型綠色光源,LED照明逐漸滲透到各行各業(yè)中。LED照明與傳統(tǒng)照明技術(shù)有著較大的差別,目前LED光效不到30%,燈具外殼散熱技術(shù)成為LED照明的關(guān)鍵技術(shù)之一。