大功率LED的散热结构解析

面对大功率LED封装的散热难题,解决大功率LED散热问题的方法组要有两种:一、提高内部量子效率,即提高芯片的发光效率,从根本上减少热量的产生,经研究表明现在内部光子效率已经接近90%(LED芯片产生热量的多少取决于内量子效应)；二、提高外部量子效率,由于LED外部量子效率只有30%左右,大部分都转换成热量了。通过改进LED封装的结构和外部热沉的方式,加快LED芯片内部热量的导出,从而有效地降低芯片的温度。为了解决LED散热难题,开发了一系列的结构:

(l)倒装焊功率型LED芯片结构

倒装焊结构的特点在于以热导率较高的硅材料作为LED热传导的介质,通过倒装焊技术将LED芯片通过共晶焊接键合在硅基板上。这样热量不必经过芯片的蓝宝石衬底,而是直接将热量传到导热率较高的硅基板,再传到金属基板,可有效地降低LED的热阻，提高散热能力。从理论上,倒装焊芯片结构,芯片的热阻最低可以做到1.34I</w,所以倒装焊芯片结构具有一定的优势。但是,由于芯片同基板之间采用导热率只有50W/(M.l<)的铅锡焊料,且焊接的质量不高,会产生虚焊,这将大大地增加了LED自身的热阻从而影响散热回。

(2)平面热管结构

平面热管技术随着大功率LED散热的要求孕育而生,平面热管由蒸发设备,绝热区域和冷凝区组成。平面热管通过在同一根管内进行蒸汽和液体的循环,热管由铜和水组成,也就是说,热管的材料是铜,工作的流体是水。在稳态的条件下,当热量达到一定的程度时,液态水在蒸发装置中变成蒸汽,流向绝热区域最终到达冷凝区,这样LED的热量就由相变的原理把热量传到冷凝区然后由蒸汽变成液相,通过多孔芯侧壁流向蒸发区。平面热管具有良好的散热效果,可以用在集成LED上(功率可达50w一100w)。然而,平面热管技术只能把热量传送到冷凝区,并没有把热量散发到空气中去,所以即使采用热管,还是需要有普通的铝散热器把热量散发出去。

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