LED芯片PN結(jié)到外延層的散熱
發(fā)布時間:2015/7/17 20:48:13 訪問次數(shù):733
如何提高新能源LED路燈的散熱能力是LED封裝和新能源LED路燈設(shè)計的核心問題,M41T80M6F新能源LED路燈散熱問題分為LED芯片PN結(jié)到外延層;外延層到封裝基板;封裝基板到外界環(huán)境三個層次。這三個環(huán)節(jié)構(gòu)成了熱傳導(dǎo)通道。針對新能源LED路燈的散熱難題,應(yīng)分別在以下各個層面對散熱和熱管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
(1) LED芯片PN結(jié)到外延層的散熱。在氮化鎵材料的生長過程中,改進(jìn)材料結(jié)構(gòu),優(yōu)化生長參數(shù),獲得高質(zhì)量的外延片,提高器件內(nèi)量子效率,從根本上減少熱量的產(chǎn)生,加快LED芯片PN結(jié)到外延層的熱傳導(dǎo)。
(2)外延層到封裝基板的散熱。在LED芯片封裝上,采用倒裝芯片結(jié)構(gòu)、共晶焊封裝、金屬線路板結(jié)構(gòu)。在器件封裝上,選擇合適的基板材料,例如,選擇金屬印制電路板、陶瓷、復(fù)合金屬基板等導(dǎo)熱性能好的封裝基板,以加快熱量從外延層向封裝基板散發(fā)。
(3)封裟基板到外界環(huán)境的散熱。目前,新能源LED路燈的光源一般是采用回流焊將大功率白光LED以陣列方式焊接在金屬封裝基板上,然后再把金屬封裝基板緊密安裝在大體積的鋁、銅材料的散熱翅片上。大功率白光LED產(chǎn)生的熱量通過金屬封裝基板傳遞到散熱翅片上,利用自然對流或人為強(qiáng)制對流的方式達(dá)到散熱目的。
(4)熱島效應(yīng)。新能源LED路燈的散熱器若較大易存在“熱島效應(yīng)”,尤其是單純靠自然對流時。新能源LED路燈的散熱過程最主要的還是靠散熱器和空氣的對流換熱,在排除外界風(fēng)力影響下主要靠自然對流。自然對流是靠和散熱器接觸的冷空氣被散熱器加熱后自然上升,旁邊的冷空氣繼續(xù)補(bǔ)充進(jìn)來,通過這樣不斷循環(huán)把熱量帶走。如果散熱器過大,其中間部分的熱空氣上升后,旁邊沒有足夠的冷空氣可以補(bǔ)充(旁邊也有光源在發(fā)熱,空氣也相對比較熱),這樣就會導(dǎo)致中間部分散熱效率下降,溫度升高,形成“熱島效應(yīng)”!盁釐u”中心的LED芯片比周圍的LED芯片老化更快,故障率更高。
如何提高新能源LED路燈的散熱能力是LED封裝和新能源LED路燈設(shè)計的核心問題,M41T80M6F新能源LED路燈散熱問題分為LED芯片PN結(jié)到外延層;外延層到封裝基板;封裝基板到外界環(huán)境三個層次。這三個環(huán)節(jié)構(gòu)成了熱傳導(dǎo)通道。針對新能源LED路燈的散熱難題,應(yīng)分別在以下各個層面對散熱和熱管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
(1) LED芯片PN結(jié)到外延層的散熱。在氮化鎵材料的生長過程中,改進(jìn)材料結(jié)構(gòu),優(yōu)化生長參數(shù),獲得高質(zhì)量的外延片,提高器件內(nèi)量子效率,從根本上減少熱量的產(chǎn)生,加快LED芯片PN結(jié)到外延層的熱傳導(dǎo)。
(2)外延層到封裝基板的散熱。在LED芯片封裝上,采用倒裝芯片結(jié)構(gòu)、共晶焊封裝、金屬線路板結(jié)構(gòu)。在器件封裝上,選擇合適的基板材料,例如,選擇金屬印制電路板、陶瓷、復(fù)合金屬基板等導(dǎo)熱性能好的封裝基板,以加快熱量從外延層向封裝基板散發(fā)。
(3)封裟基板到外界環(huán)境的散熱。目前,新能源LED路燈的光源一般是采用回流焊將大功率白光LED以陣列方式焊接在金屬封裝基板上,然后再把金屬封裝基板緊密安裝在大體積的鋁、銅材料的散熱翅片上。大功率白光LED產(chǎn)生的熱量通過金屬封裝基板傳遞到散熱翅片上,利用自然對流或人為強(qiáng)制對流的方式達(dá)到散熱目的。
(4)熱島效應(yīng)。新能源LED路燈的散熱器若較大易存在“熱島效應(yīng)”,尤其是單純靠自然對流時。新能源LED路燈的散熱過程最主要的還是靠散熱器和空氣的對流換熱,在排除外界風(fēng)力影響下主要靠自然對流。自然對流是靠和散熱器接觸的冷空氣被散熱器加熱后自然上升,旁邊的冷空氣繼續(xù)補(bǔ)充進(jìn)來,通過這樣不斷循環(huán)把熱量帶走。如果散熱器過大,其中間部分的熱空氣上升后,旁邊沒有足夠的冷空氣可以補(bǔ)充(旁邊也有光源在發(fā)熱,空氣也相對比較熱),這樣就會導(dǎo)致中間部分散熱效率下降,溫度升高,形成“熱島效應(yīng)”。“熱島”中心的LED芯片比周圍的LED芯片老化更快,故障率更高。
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