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降低結溫以提高壽命 新型LED散熱技術(shù)詳解
作者：
時(shí)間：2013-11-23
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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LED的散熱現在越來(lái)越為人們所重視，這是因為L(cháng)ED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關(guān)，散熱不好結溫就高，壽命就短，依照阿雷紐斯法則溫度每降低10℃壽命會(huì )延長(cháng)2倍。從Cree公司發(fā)布的光衰和結溫的關(guān)系圖（圖1）中可以看出，結溫假如能夠控制在65°C，那么其光衰至70％的壽命可以高達10萬(wàn)小時(shí)！這是人們夢(mèng)寐以求的壽命，可是真的可以實(shí)現嗎？是的，只要能夠認真地處理它的散熱問(wèn)題就有可能做到！遺憾的是，現在實(shí)際的LED燈的散熱和這個(gè)要求相去甚遠！以致LED燈具的壽命變成了一個(gè)影響其性能的主要問(wèn)題，所以必須要認真對待！
圖1. 光衰和結溫的關(guān)系
而且，結溫不但影響長(cháng)時(shí)間壽命，也還直接影響短時(shí)間的發(fā)光效率，例如Cree公司的XLamp7090XR-E的發(fā)光量和結溫的關(guān)系如圖2所示。
圖2. 結溫和發(fā)光量的關(guān)系
假如以結溫為25度時(shí)的發(fā)光為100%，那么結溫上升至60度時(shí)，其發(fā)光量就只有90%；結溫為100度時(shí)就下降到80%；140度就只有70%?？梢?jiàn)改善散熱，控制結溫是十分重要的事。
除此以外LED的發(fā)熱還會(huì )使得其光譜移動(dòng)；色溫升高；正向電流增大（恒壓供電時(shí)）；反向電流也增大；熱應力增高；熒光粉環(huán)氧樹(shù)脂老化加速等等種種問(wèn)題，所以說(shuō)，LED的散熱是LED燈具的設計中最為重要的一個(gè)問(wèn)題。
第一部分 LED芯片的散熱
一．結溫是怎么產(chǎn)生的
LED發(fā)熱的原因是因為所加入的電能并沒(méi)有全部轉化為光能，而是一部分轉化成為熱能。LED的光效目前只有100lm/W，其電光轉換效率大約只有20~30%左右。也就是說(shuō)大約70%的電能都變成了熱能。
具體來(lái)說(shuō)，LED結溫的產(chǎn)生是由于兩個(gè)因素所引起的。
內部量子效率不高，也就是在電子和空穴復合時(shí)，并不能100％都產(chǎn)生光子，通常稱(chēng)為由“電流泄漏”而使PN區載流子的復合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉化為熱能，但這部分不占主要成分，因為現在內部光子效率已經(jīng)接近90％。
內部產(chǎn)生的光子無(wú)法全部射出到芯片外部而最后轉化為熱量，這部分是主要的，因為目前這種稱(chēng)為外部量子效率只有30％左右，大部分都轉化為熱量了。
雖然白熾燈的光效很低，只有15lm/W左右，但是它幾乎將所有的電能都轉化為光能而輻射出去，因為大部分的輻射能是紅外線(xiàn)，所以光效很低，但是卻免除了散熱的問(wèn)題。 二．LED芯片到底板的散熱
LED芯片的特點(diǎn)是在極小的體積內產(chǎn)生極高的熱量。而LED本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導出去，否則就會(huì )產(chǎn)生很高的結溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，人們在LED的芯片結構上進(jìn)行了很多改進(jìn)。
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