led封裝與熱設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告</b></p><p>　　題 目: LED封裝與熱設(shè)計(jì) </p><p>　　類 型： 研究類 </p><p>　　專 業(yè): __ 機(jī)電系 </p><p>　　班 級(jí): _

2、_ _ ___</p><p>　　學(xué)生姓名: __ </p><p>　　指導(dǎo)教師: ___________ ____</p><p>　　完成時(shí)間: </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自L

3、ED從發(fā)展到今，LED制造工藝取得了很大的進(jìn)步及開發(fā)很多新材料，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性的發(fā)展，同時(shí)大功率LED也取得了很大的發(fā)展成就，LED在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)伴隨著使用范圍的擴(kuò)大而出現(xiàn)的不足和技術(shù)上的問題也亟待解決，LED因其體積小、安全可靠、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為第四代光源指日可待。但是由于其光電轉(zhuǎn)化率較低，大部分電能實(shí)際轉(zhuǎn)化成了熱量，所以如何提高其散熱能力是LED急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。而封裝的設(shè)計(jì)直接影響

4、到LED的散熱，所以LED封裝是熱設(shè)計(jì)重中之重。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED 封裝 熱設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 引言..........................................................1</p><p>　　L

5、ED發(fā)展史及其發(fā)展前景......................................2</p><p>　　LED發(fā)展史................................................2</p><p>　　1.1.2 LED發(fā)展前景..............................................2</p&g

6、t;<p>　　1.2 LED工作原理及其特性...........................................3</p><p>　　1.2.1 LED的工作原理 ...........................................3</p><p>　　1.2.2 LED的特性 ..........................

7、.....................4第一章小結(jié).......................................................4</p><p>　　二 LED 封裝.......................................................5</p><p>　　2.1 LED封裝...............

8、.......................................5第二章小結(jié).......................................................6</p><p>　　三 LED熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)..................................................6</p><p>　　3.1 LED照明

9、熱的產(chǎn)生..............................................6</p><p>　　3.2 LED結(jié)溫及其對(duì)LED的影響.......................................6 </p><p>　　3.3 LED熱阻.....................................................

10、.8</p><p>　　3.3.1 熱阻對(duì)LED的影響..........................................8</p><p>　　3.3.2 減少熱阻的方法...........................................9</p><p>　　3.4 LED散熱的基本方法 .................

11、..........................9</p><p>　　3.4.1傳導(dǎo).....................................................9</p><p>　　3.4.2對(duì)流....................................................10</p><p>　　3.

12、4.3輻射....................................................11</p><p>　　3.5 常用的加快散熱方法 .........................................11</p><p>　　第三章小結(jié)....................................................

13、...13</p><p>　　四 大功率LED散熱設(shè)計(jì).............................................13 </p><p>　　4.1 大功率LED散熱...............................................14</p><p>　　4.2 大功率LED散熱計(jì)算.......

14、....................................14</p><p>　　4.3 大功率LED散熱設(shè)計(jì)...........................................15</p><p>　　4.4 大功率LED關(guān)鍵技術(shù)...........................................17</p><

15、p>　　4.5 大功率LED的發(fā)展趨勢(shì).........................................18</p><p>　　第四章小結(jié).......................................................19</p><p>　　五 總結(jié)和展望.....................................

16、..............20</p><p>　　六 致謝..........................................................21</p><p>　　七 后記..........................................................22</p><p>　　參考文獻(xiàn)

17、.........................................................23</p><p><b>　　一 引言</b></p><p>　　自1879 年愛迪生發(fā)明白熾燈，照明發(fā)展到今共經(jīng)歷了三次革命，被稱為“第四代光源”的LED，是21世紀(jì)發(fā)展最快的高科技產(chǎn)品之一，LED因其體積小、安全可靠、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保

18、，與當(dāng)代的節(jié)能環(huán)保相響應(yīng)，得到了政府的大力支持，隨著我國(guó)綠色照明工程的組織實(shí)施，促進(jìn)了LED照明技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，使得LED在照明領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，未來的照明將會(huì)以LED為主流。</p><p>　　LED作為一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，較之其他發(fā)光器具有更長(zhǎng)的工作壽命，通?？蛇_(dá)到十萬小時(shí)。如用LED替代傳統(tǒng)的汽車用燈，那么它的壽命將遠(yuǎn)大于汽車本體的壽命，具有終身不用修理與更換的特點(diǎn)；LED是一種低壓工作器件，因此在

19、同等亮度下，耗電最小，可大量降低能耗。隨著今后工藝和材料的發(fā)展，將具有更高的發(fā)光效率。體積小，重量輕、耐抗擊：這是半導(dǎo)體固體器件的固有特點(diǎn)，所以LED可制作各類清晰精致的顯示器件；用LED制作的光源不存在諸如水銀、鉛等環(huán)境污染物，不會(huì)污染環(huán)境。因此人們將LED光源稱為“綠色”光源。由于LED在其工作過程中只有15%~25%的電能轉(zhuǎn)換成光能，其余的電能幾乎都轉(zhuǎn)換成熱能，使LED溫度升高。在大功率LED應(yīng)用中，散熱技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它不僅影響

20、LED的發(fā)光亮度，而且也直接影響LED構(gòu)成系統(tǒng)的可靠性和壽命。</p><p>　　本文通過對(duì)LED結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理及特性、LED封裝、熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論、散熱方式等一系列的方面進(jìn)行分析，對(duì)LED的設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列的優(yōu)化，使LED在生產(chǎn)以及應(yīng)用中能夠更實(shí)用。</p><p>　　LED發(fā)展史及其發(fā)展前景</p><p><b>　　LED發(fā)展史</b>

21、;</p><p>　　自1879 年愛迪生發(fā)明白熾燈，照明發(fā)展到今共經(jīng)歷了三次革命，被稱為“第四代光源”的LED，是21世紀(jì)發(fā)展最快的高科技產(chǎn)品之一，LED因其體積小、安全可靠、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保，與當(dāng)代的節(jié)能環(huán)保相響應(yīng)，得到了政府的大力支持，隨著我國(guó)綠色照明工程的組織實(shí)施，促進(jìn)了LED照明技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，使得LED在照明領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，未來的照明將會(huì)以LED為主流。</p><

22、p>　　LED作為一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，較之其他發(fā)光器具有更長(zhǎng)的工作壽命，通?？蛇_(dá)到十萬小時(shí)。如用LED替代傳統(tǒng)的汽車用燈，那么它的壽命將遠(yuǎn)大于汽車本體的壽命，具有終身不用修理與更換的特點(diǎn)；LED是一種低壓工作器件，因此在同等亮度下，耗電最小，可大量降低能耗。隨著今后工藝和材料的發(fā)展，將具有更高的發(fā)光效率。體積小，重量輕、耐抗擊：這是半導(dǎo)體固體器件的固有特點(diǎn)，所以LED可制作各類清晰精致的顯示器件；用LED制作的光源不存在諸如水

23、銀、鉛等環(huán)境污染物，不會(huì)污染環(huán)境。因此人們將LED光源稱為“綠色”光源。由于LED在其工作過程中只有15%~25%的電能轉(zhuǎn)換成光能，其余的電能幾乎都轉(zhuǎn)換成熱能，使LED溫度升高。在大功率LED應(yīng)用中，散熱技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它不僅影響LED的發(fā)光亮度，而且也直接影響LED構(gòu)成系統(tǒng)的可靠性和壽命。</p><p>　　本文通過對(duì)LED結(jié)構(gòu)、發(fā)光原理及特性、LED封裝、熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論、散熱方式等一系列的方面進(jìn)行分析，對(duì)

24、LED的設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列的優(yōu)化，使LED在生產(chǎn)以及應(yīng)用中能夠更實(shí)用。</p><p><b>　　LED發(fā)展前景</b></p><p>　　同一光效情況下，白熾燈可見光效率僅為10%-20%，，由于LED的光譜全部集中于可見光頻率，所以效率可以達(dá)到50%以上，而成本也下降了90%，這些優(yōu)勢(shì)使LED市場(chǎng)得到蓬勃發(fā)展。目前LED已廣泛應(yīng)用在大面積圖文全彩顯示、狀態(tài)指示、標(biāo)

25、志照明、信號(hào)顯示、液晶顯示器的背光、汽車組合尾燈及車內(nèi)照明等方面。LED被譽(yù)為21世紀(jì)新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源。LED應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸壯大：</p><p>　　1、LED顯示屏的應(yīng)用市場(chǎng)。我國(guó)LED顯示屏市場(chǎng)起步較早，出現(xiàn)了一批具有很強(qiáng)實(shí)力的LED顯示屏生產(chǎn)廠商。憑借著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，LED全彩顯示屏廣泛應(yīng)用在銀行、證券交易所、醫(yī)院、體育場(chǎng)館、市政廣場(chǎng)、車站、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所。在LE

26、D需求量上，LED顯示屏僅次于LED指示燈名列第二。</p><p>　　2、背光源市場(chǎng)。LED早已應(yīng)用在以手機(jī)為主的小尺寸液晶面板背光源中，手機(jī)產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)帶動(dòng)了背光源市場(chǎng)的快速發(fā)展，特別是彩屏手機(jī)的出現(xiàn)更是推動(dòng)了白光LED市場(chǎng)的快速發(fā)展。</p><p>　　3、車燈市場(chǎng)。汽車應(yīng)用市場(chǎng)還處于未發(fā)展階段，市場(chǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。LED作為車燈主要得益于低功耗、長(zhǎng)壽命和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。憑

27、借著汽車產(chǎn)業(yè)的巨大產(chǎn)能，LED車燈市場(chǎng)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　4、室內(nèi)裝飾燈市場(chǎng)。室內(nèi)裝飾燈市場(chǎng)是LED的另一新興市場(chǎng)。</p><p>　　5、景觀照明市場(chǎng)。目前LED已越來越多的應(yīng)用到景觀照明市場(chǎng)中，北京、上海等地已建成一批LED景觀照明工程，這些工程在裝飾街道的同時(shí)還將起到示范作用，將會(huì)使LED景觀照明從一級(jí)城市快速向二級(jí)、三級(jí)城市擴(kuò)展。</p>&l

28、t;p>　　6、通用照明市場(chǎng)。對(duì)于LED進(jìn)入通用照明市場(chǎng)，功率型的白光LED除面臨著發(fā)展效益低、散熱不好、成本過高等問題外，還面臨光學(xué)、結(jié)構(gòu)與電控等技術(shù)的整合以及LED照明產(chǎn)品通用標(biāo)準(zhǔn)的制定問題，解決這些問題還需要一定的時(shí)間。</p><p>　　1.2 LED工作原理及其特性</p><p>　　1.2.1 LED工作原理</p><p>　　發(fā)光二極管

29、是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。</p><p>　　PN結(jié)根據(jù)其端電壓構(gòu)成一定的勢(shì)壘，當(dāng)正向偏置時(shí)勢(shì)壘下降，，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注

30、入，這些電子與價(jià)帶上上的空氣復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。如圖1-1所示。</p><p>　　假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，

31、光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)微米以內(nèi)產(chǎn)生。 </p><p>　　理論和實(shí)踐證明，發(fā)光的波長(zhǎng)或頻率取決于選用半導(dǎo)體材料的能量Ｅg，其大小用下式計(jì)算，單位為電子伏（eV）。 </p><p>　　λ≈1240/Eg（mm） </p><p>　　式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780n

32、m紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。</p><p><b>　　LED的特性</b></p><p>　　具有很多特征：電學(xué)特征、光學(xué)特征和熱學(xué)特征等特征。</p><p>　　電學(xué)特征中的I-V特征是表征LED芯片PN結(jié)性能的主要參數(shù)，LED的I-V特征具有非線性、單向?qū)щ娦?，即加正偏壓表現(xiàn)為低電阻，反之為高電阻，如圖

33、1-2所示。</p><p>　　第一章小結(jié)：LED的基本知識(shí)是我們?nèi)腴TLED必備知識(shí)，它是我們深入研究LED的基礎(chǔ)。上文只分析了LED電學(xué)特性中的I-V特征，LED還有眾多的特性，如光學(xué)特性：光強(qiáng)分布、發(fā)光峰值波長(zhǎng)及光譜分布、光通量、發(fā)光亮度等，在此就不一一分析研究了。要研究LED的封裝和散熱問題，就必須要了解LED的眾多特性，只有在了解LED的特性時(shí)才能更好地設(shè)計(jì)出優(yōu)良的散熱方案。</p>&l

34、t;p><b>　　二 LED封裝</b></p><p>　　2.1 LED封裝</p><p>　　LED發(fā)光的核心部分是P 型和N 型半導(dǎo)體構(gòu)成的PN 結(jié)管芯,當(dāng)注入PN 結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí),就會(huì)發(fā)出可見光。但PN 結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的,即向各個(gè)方向發(fā)射具有相同的幾率, 因此, 并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來。光釋放主要取決于半

35、導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料等幾個(gè)方面, 應(yīng)用中要求提高LED 的內(nèi)、外部量子效率, 提高光輸出量, 封裝技術(shù)是不可或缺的環(huán)節(jié),封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料必須做到盡可能多的光輸出。</p><p>　　LED 常采用環(huán)氧樹脂和軟性硅膠封裝, 小功率LED多采用環(huán)氧樹脂封裝, 大功率LED 多采用軟性硅膠封裝。常規(guī)Φ 5mm 型LED 封裝是將邊長(zhǎng)0. 25mm 的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線

36、架上,管芯的正極通過球形接觸點(diǎn)與金絲鍵合為內(nèi)引線, 與一條管腳相連,負(fù)極通過反射杯和引線架的另一管腳相連,然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光,向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀,有這樣幾種作用: ( 1 ) 保護(hù)管芯等不受外界侵蝕; ( 2 ) 采用不同的形狀和材料(摻或不摻散色劑) ,起透鏡或漫射透鏡功能, 控制光的發(fā)散角; ( 3 ) 管芯折射率與空氣折射率相關(guān)太大,致使管芯內(nèi)部的全

37、反射臨界角很小,其由源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出, 大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收,易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失,選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹脂作過渡, 提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性、絕緣性、足夠的機(jī)械強(qiáng)度、對(duì)管芯發(fā)出光的折射率和透射率高等性能。選擇不同折射率的封裝材料,封裝幾何形狀對(duì)光子逸出效率的影響是不同的, 發(fā)光強(qiáng)度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)</p><p>　　目前LED主要有以下幾種

38、封裝方式：</p><p>　　1、引腳式封裝（Lamp LED）；</p><p>　　2、平面式封裝（Flat LED）；</p><p>　　3、貼片式封裝（SMD LED）；</p><p>　　4、食人魚形LED封裝；</p><p><b>　　5、大功率型封裝；</b></p&

39、gt;<p><b>　　6、覆晶封裝；</b></p><p>　　7、板上芯片封裝（COB LED）；</p><p>　　系統(tǒng)封裝式（Sip LED）；</p><p>　　第二章小結(jié)：LED封裝是LED生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，封裝的好壞將直接影響到LED的性能和壽命，其中封裝也是LED熱設(shè)計(jì)中的核心設(shè)計(jì)。關(guān)于封裝，第四章將會(huì)以大功

40、率LED封裝為例子，分析LED封裝及散熱問題。</p><p>　　三 LED熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)</p><p>　　3.1 LED照明熱的產(chǎn)生</p><p>　　LED發(fā)熱的原因是所加入的電能并沒有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是一部分轉(zhuǎn)化為熱能。LED的光電轉(zhuǎn)化效率大約只有20%~30%。也就是說，大約70%的電能轉(zhuǎn)變成了熱能。</p><p>　　3

41、.2 LED結(jié)溫及其對(duì)LED的影響</p><p>　　LED的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)半導(dǎo)體PN結(jié)，實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)電流流過LED元件時(shí)，PN結(jié)的溫度將上升，嚴(yán)格意義上，把PN結(jié)的溫度定義為L(zhǎng)ED結(jié)溫。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結(jié)溫。</p><p>　　結(jié)溫Tj是衡量LED封裝散熱性能的一個(gè)重要指標(biāo)。結(jié)溫的表達(dá)式為:</p><p&g

42、t;　　Tj=Rja×Pd+Ta</p><p>　　其中，Pd為耗散的功率，Rja為L(zhǎng)ED器件PN結(jié)與環(huán)境溫度的總熱阻，Tj，Ta分別為L(zhǎng)ED器件PN結(jié)的結(jié)點(diǎn)溫度和器件周圍的環(huán)境溫度。式中表明，同樣大小的功率下，芯片結(jié)溫升溫越小，LED器件的性能越好。</p><p>　　在LED工作時(shí)，可存在以下情況促使結(jié)溫不同程度的上升：</p><p>　　A、元

43、件不良的電極結(jié)構(gòu)，視窗層襯底或結(jié)區(qū)的材料以及導(dǎo)電銀膠等均存在一定的電阻值，這些電阻相互壘加，構(gòu)成LED元件的串聯(lián)電阻。當(dāng)電流流過P—N結(jié)時(shí)，同時(shí)也會(huì)流過這些電阻，從而產(chǎn)生焦耳熱，引致芯片溫度或結(jié)溫的升高。</p><p>　　B、由于P—N結(jié)不可能極端完美，元件的注入效率不會(huì)達(dá)到100％，也即是說，在LED工作時(shí)除P區(qū)向N區(qū)注入電荷(空穴)外，N區(qū)也會(huì)向P區(qū)注人電荷(電子)，一般情況下，后一類的電荷注人不會(huì)產(chǎn)生光

44、電效應(yīng)，而以發(fā)熱的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入電荷，也不會(huì)全部變成光，有一部分與結(jié)區(qū)的雜質(zhì)或缺陷相結(jié)合，最終也會(huì)變成熱。</p><p>　　C、實(shí)踐證明，出光效率的限制是導(dǎo)致LED結(jié)溫升高的主要原因。目前，先進(jìn)的材料生長(zhǎng)與元件制造工藝已能使LED極大多數(shù)輸入電能轉(zhuǎn)換成光輻射能，然而由于LED芯片材料與周圍介質(zhì)相比，具有大得多的折射系數(shù)，致使芯片內(nèi)部產(chǎn)生的極大部分光子(>90％)無法順利地溢出介面，而

45、在芯片與介質(zhì)介面產(chǎn)生全反射，返回芯片內(nèi)部并通過多次內(nèi)部反射最終被芯片材料或襯底吸收，并以晶格振動(dòng)的形式變成熱，促使結(jié)溫升高。</p><p>　　D、LED元件的熱散失能力是決定結(jié)溫高低的又一個(gè)關(guān)鍵條件。散熱能力強(qiáng)時(shí)，結(jié)溫下降，反之，散熱能力差時(shí)結(jié)溫將上升。由于環(huán)氧膠是低熱導(dǎo)材料，因此P—N結(jié)處產(chǎn)生的熱量很難通過透明環(huán)氧向上散發(fā)到環(huán)境中去，大部分熱量通過襯底、銀漿、管殼、環(huán)氧粘接層，PCB與熱沉向下發(fā)散。相關(guān)材料

46、的導(dǎo)熱能力將直接影響元件的熱散失效率。一個(gè)普通型的LED，從P—N結(jié)區(qū)到環(huán)境溫度的總熱阻在300到600℃／W之間，對(duì)于一個(gè)具有良好結(jié)構(gòu)的功率型LED元件，其總熱阻約為15到30℃ ／W。巨大的熱阻差異表明普通型LED元件只能在很小的輸入功率條件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦級(jí)甚至更高。</p><p>　　結(jié)溫對(duì)LED的影響：</p><p>　　結(jié)溫對(duì)光通量的影響：

47、當(dāng)結(jié)面溫度由25℃上升到100℃時(shí)，其發(fā)光效率將會(huì)衰減20%~70%，其中又以黃光衰退75%最為嚴(yán)重。當(dāng)LED結(jié)溫升高時(shí)，器件輸出光強(qiáng)將逐漸減小。一般情況下，光通量隨結(jié)溫的增加而減小的效應(yīng)是可逆的，即當(dāng)溫度回復(fù)到初始溫度時(shí)，光通量會(huì)有一個(gè)恢復(fù)性的增長(zhǎng)。</p><p>　　高溫下器件性能衰變：在高溫下，LED的光輸出特性除去會(huì)發(fā)生可恢復(fù)性的變化外，還將隨時(shí)間產(chǎn)生一種不可恢復(fù)的永久性衰變。對(duì)于同一類型LED器件，在

48、相同的工作電流時(shí)，結(jié)溫越高，器件的輸出光強(qiáng)衰減的越快。環(huán)境溫度越高，結(jié)溫就越高，器件性能的衰減速率就越快，當(dāng)環(huán)境溫度確定后，器件工作電流越大，結(jié)溫也將越高，器件的性能的衰減速率就越快。</p><p>　　結(jié)溫對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)的影響：對(duì)于一個(gè)LED器件，發(fā)光區(qū)材料的禁帶寬度值直接決定了器件發(fā)光的波長(zhǎng)或顏色，LED材料屬III-IV族化合物，當(dāng)溫度升高時(shí)，材料的禁帶寬度將減小，導(dǎo)致器件發(fā)光波長(zhǎng)變長(zhǎng)，顏色發(fā)生紅移。<

49、/p><p>　　降低LED結(jié)溫的途徑：</p><p>　　A、減少LED本身的熱阻；</p><p>　　B、良好的二次散熱機(jī)構(gòu)；</p><p>　　C、減少LED與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介面之間的熱阻；</p><p>　　D、控制額定輸入功率；</p><p><b>　　E、降低環(huán)境

50、溫度。</b></p><p>　　LED的輸入功率是元熱效應(yīng)的唯一來源，能量的一部分變成了輻射光能，其余部分最終都變成了熱，從而使LED的溫度上升。顯然，減小LED溫升效應(yīng)的主要方法是：</p><p>　　設(shè)法提高元件的電光轉(zhuǎn)換效率（又稱外量子效率），盡可能多地將輸入功率轉(zhuǎn)變成光能。</p><p>　　設(shè)法提高元件的熱散失能力，使結(jié)溫產(chǎn)生的熱通過各

51、種途徑散發(fā)到周圍環(huán)境中去。</p><p>　　3.3 LED熱阻</p><p>　　3.3.1 熱阻對(duì)LED的影響</p><p>　　在LED點(diǎn)亮后達(dá)到熱量傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時(shí)，芯片表面每耗散1W的功率，芯片pn結(jié)點(diǎn)的溫度與連接的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻Rth，單位為℃/W。數(shù)值越低，表示芯片中的熱量傳導(dǎo)到支架或鋁基板上就越快。這有利于降低芯片中的pn

52、結(jié)的溫度，從而延長(zhǎng)LED的壽命。</p><p>　　熱阻是沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比，對(duì)于LED來說，熱阻一般是指從LED芯片pn結(jié)到翅片上的熱阻。</p><p>　　對(duì)于單個(gè)LED，設(shè)定PN結(jié)點(diǎn)生成的熱沿著：結(jié)點(diǎn)—翅片—鋁基散熱電路板—空氣，這個(gè)熱路徑傳導(dǎo)。采用等效電路的熱阻計(jì)算，PN結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的總熱阻:</p><p>　　Rja=Rjs+R

53、sb+Rba</p><p>　　其中，Rjs，Rsb，Rba分別是從結(jié)點(diǎn)到翅片，翅片到散熱電路板，散熱電路板到空氣的熱阻。熱阻越小，表示相同的熱耗散功率下，系統(tǒng)的散熱性能越好，芯片結(jié)溫與環(huán)境溫度差越小。</p><p>　　影響熱阻的大小與以下因素有關(guān)：</p><p>　　（1）與LED芯片本身的結(jié)構(gòu)與材料有關(guān)。</p><p>　?。?

54、）與LED芯片粘結(jié)所用的材料的導(dǎo)熱性能及粘結(jié)時(shí)的質(zhì)量有關(guān)，是用導(dǎo)熱性能很好的膠，還是用絕緣導(dǎo)熱的膠，還是用金屬直接連接。</p><p>　?。?）翅片是用導(dǎo)熱很好的銅，或者鋁，而且與銅、鋁的散熱面積大小也有直接的關(guān)系。</p><p>　　熱阻越高，就會(huì)影響LED的性能和壽命，選用一定的材料與控制相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)，就可以降低LED的熱阻，從而提高LED的壽命與工作效能。</p>

55、<p>　　3.3.2 減小熱阻的方法</p><p>　　對(duì)于一個(gè)LED管，設(shè)法降低PN結(jié)與應(yīng)用環(huán)境的熱阻是提高器件散熱能力的根本途徑。由于環(huán)氧膠是低熱導(dǎo)材料，因此PN結(jié)處產(chǎn)生的熱量很難通過透明環(huán)氧向上散熱到環(huán)境中去、大部分熱量通過襯底、銀漿、管殼、環(huán)氧粘結(jié)層、PCB與熱沉向下發(fā)散。顯然、相關(guān)材料的導(dǎo)熱能力將直接影響器件的熱阻與散熱性能。</p><p>　　表2-4-1

56、 LED襯底材料的熱導(dǎo)系數(shù)：</p><p>　　表2-4-2常用熱沉材料的熱導(dǎo)系數(shù)：</p><p>　　表2-4-1、表2-4-2 指出了若干常用的襯底與熱沉材料的導(dǎo)熱系數(shù)值。為減小LED的總熱阻，應(yīng)設(shè)法減小芯片PN結(jié)到環(huán)境之間的距離，增大散熱通道面積及采用高熱導(dǎo)的材料。由表2-4-2可知，純銅與純鋁是二種具有極高熱導(dǎo)的適與制造LED支架與熱沉的材料。材料確定后，散熱通道的截面積與散熱

57、片表面積的大小決定了器件的總熱阻。實(shí)驗(yàn)指出，散熱面積越大，熱阻越低。另外，通過風(fēng)扇使環(huán)境空氣產(chǎn)生了強(qiáng)制交換，也是減小熱阻的有效途徑。</p><p>　　3.4 LED散熱的基本方法</p><p><b>　　3.4.1 傳導(dǎo)</b></p><p>　　氣體導(dǎo)熱是由氣體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果。金屬導(dǎo)體主要靠自由電子的運(yùn)動(dòng)來完成。

58、非導(dǎo)電固體中的導(dǎo)熱通過晶體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。液體中的導(dǎo)熱機(jī)理主要靠彈性波的作用。</p><p>　　熱傳導(dǎo)基本定理是傅里葉定理</p><p>　　Q=λA(Th/Tc)/ ζ</p><p>　　式中：Q——熱流量，W；λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2 oC)；A——為熱量傳遞方向垂直面積，m2；Th與Tc——高溫與低溫面的溫度，oC/m；ζ——兩個(gè)面之間的距離，m；

59、負(fù)號(hào)表示熱量傳遞的方向與溫度梯度的方向相反。</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)是表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物理量。對(duì)于不同的物質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)各不相同，影響其數(shù)值大小的主要因素是物質(zhì)的種類和溫度等。</p><p><b>　　熱傳導(dǎo)的改善：</b></p><p><b>　　減小熱傳路徑長(zhǎng)度；</b></p><

60、p>　　芯片封裝外殼在保證電機(jī)性能前提下盡量??；</p><p>　　導(dǎo)熱膏或者導(dǎo)熱墊盡量??；</p><p>　　散熱片的導(dǎo)熱底盡量?。?lt;/p><p>　　選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料；</p><p>　　增加導(dǎo)熱面積：散熱片吸收底面積增加，芯片有效散熱面積增大，縱向熱阻減?。簧岬装搴穸仍黾?，芯片有效散熱面積增大，橫向熱阻減小。<

61、/p><p><b>　　3.4.2 對(duì)流</b></p><p>　　對(duì)流是指流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)所引起的熱量傳遞過程。對(duì)流僅發(fā)生在流體中，且必然伴隨著有導(dǎo)熱現(xiàn)象。流體通過某物體表面時(shí)所發(fā)生的熱交換過程，稱為對(duì)流換熱。若流體運(yùn)動(dòng)是借由溫度差所造成的密度變化，產(chǎn)生浮力帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)，此種熱傳送為自然對(duì)流；若是借由外在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)將熱帶走，則稱為強(qiáng)制對(duì)流，如風(fēng)機(jī)等引

62、起的。對(duì)流換熱的熱量按照牛頓冷卻定律計(jì)算：</p><p>　　Q=hA(Th-Tc)</p><p>　　式中：h——對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·oC)；A——對(duì)流換熱面積，m2； </p><p>　　Th——熱表面溫度，oC；Tc——冷卻流體溫度，oC。</p><p>　　表3-2 對(duì)流換熱系數(shù)大致范圍</p>

63、<p><b>　　熱對(duì)流改善:</b></p><p>　　增加流過器件表面的風(fēng)速，增加流體換熱系數(shù)（單位：W/m2.oC）；</p><p>　　2、增加有效換熱面積。</p><p><b>　　3.4.3 輻射</b></p><p>　　輻射是指經(jīng)由紅外線、光及電磁波等從物體

64、表面?zhèn)鬟f的方式。太陽(yáng)的熱量穿過真空宇宙到達(dá)地球，這也屬于輻射。輻射中熱量是否易于吸收和放出取決于表面的溫度及顏色等。就顏色大體而言，黑色容易吸收，白色則較難。</p><p>　　如果用數(shù)值表示，其數(shù)值范圍是0~1。理論上講，全黑物質(zhì)為1，鋁為0.05~0.5,鐵為0.6~0.9,黑色樹脂為0.8~0.9，這就是熱輻射率（沒有單位）。</p><p>　　任意物體的熱輻射能力表示為：<

65、;/p><p>　　ΦF=εAσo(TW4-TS4)</p><p>　　式中：ε—物體的黑度；σo—斯蒂芬.波爾茲常數(shù)（5.67×10-8/m?k4）;A—輻射表面積，m2;T—物體表面的熱力學(xué)溫度，K。</p><p>　　因?yàn)長(zhǎng)ED輻射散熱比較少，在此就不加說明如何改善輻射散熱。</p><p>　　3.5 LED常用的加快散熱

66、方法</p><p>　　LED常用的加快散熱方法有采用倒裝焊、使用散熱器，使用導(dǎo)熱性能良好的粘接材料等。</p><p><b>　　采用倒裝焊</b></p><p>　　為了提高功率型LED器件的散熱能力和出光效率，產(chǎn)生了倒裝焊芯片(flip-chip)結(jié)構(gòu)。圖3-5分別給出了目前常用的正裝與倒裝焊功率型LED芯片結(jié)構(gòu)的示意圖。倒裝焊結(jié)構(gòu)

67、的特點(diǎn)在于以熱導(dǎo)率較高的Si(或陶瓷)材料作為器件熱傳導(dǎo)的介質(zhì)，通過倒裝焊技術(shù)將LED芯片鍵合在Si襯底上。與正裝結(jié)構(gòu)的LED相比，倒裝焊芯片結(jié)構(gòu)使器件產(chǎn)生的熱量不必經(jīng)由藍(lán)寶石襯底，而是由焊接層傳導(dǎo)至Si襯底，再經(jīng)Si襯底和粘接材料傳導(dǎo)至金屬底座。由于Si材料的熱導(dǎo)率較高，可有效降低器件的熱阻，提高其散熱能力。</p><p>　　正面出光大功率LED芯片結(jié)構(gòu)圖 （b）倒裝焊大功率L

68、ED芯片結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1-GaN；2-藍(lán)寶石；3-粘接材料；4-基板 1-藍(lán)寶石；2-GaN ；3-焊接層；4-Si襯底；5-粘接材料；6-基板</p><p>　　圖3-5 正裝與倒裝焊LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　使用散熱器</b></p><p>　

69、　目前常用于功率電子設(shè)備的散熱技術(shù)有風(fēng)冷、水冷、微管道散熱、熱管技術(shù)等。利用風(fēng)冷散熱器對(duì)電子芯片進(jìn)行冷卻是最簡(jiǎn)單、最直接、成本最低的散熱方式。一般來說，空氣冷卻或強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)大多應(yīng)用在低功耗或中等功耗的器件或電子設(shè)備中。目前，最好的散熱是熱管技術(shù)。風(fēng)冷散熱器的原理很簡(jiǎn)單：芯片耗散的熱量通過粘接材料傳導(dǎo)到金屬底座上，再傳導(dǎo)到散熱片上，通過自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流把熱量散發(fā)到空氣中。傳導(dǎo)和對(duì)流是兩種主要的傳熱方式。要在允許的溫度條件下將芯片耗散的

70、熱量傳遞到大氣環(huán)境，可以采取下列方法加強(qiáng)傳導(dǎo)和對(duì)流散熱。</p><p>　　1.采用導(dǎo)熱性能好的材料作散熱器：在常見的金屬中，銀的導(dǎo)熱率最高，但是它的價(jià)格著實(shí)不菲?，F(xiàn)在常用的散熱器材料主要是鋁和銅。鋁價(jià)格便宜，密度小，好加工，導(dǎo)熱性能良好。相比較而言，銅的導(dǎo)熱率比鋁的大，許多散熱能力超強(qiáng)的散熱器均采用純銅打造。但銅材料價(jià)格昂貴、易氧化，加工成本高。目前出現(xiàn)銅鋁復(fù)合型散熱器，即底部為銅，散熱片為鋁，具有良好的散熱

71、性能和經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　2.增大散熱器的散熱面積：散熱面積越大的散熱器，其熱容量越大。散熱器的肋片越多，其散熱表面積越大，這樣熱量可以散發(fā)得更快。不</p><p>　　3.強(qiáng)迫風(fēng)冷：選擇合適的風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)，加快散熱片周圍空氣的流動(dòng)，可以改善氣流組織，提高對(duì)流換熱系數(shù)，從而改善散熱效果</p><p>　　水冷又稱為液冷。它的散熱效率高，熱傳導(dǎo)率為傳統(tǒng)風(fēng)

72、冷方式的20倍以上，且無風(fēng)冷散熱的高噪音，能較好地解決降溫和降噪問題。水冷散熱裝置大致可分為微型水泵、循環(huán)管、吸熱盒和散熱片四個(gè)部分。水冷散熱的原理很簡(jiǎn)單，水冷散熱是一個(gè)密閉的液體循環(huán)裝置，通過泵產(chǎn)生的動(dòng)力，推動(dòng)密閉系統(tǒng)中的液體循環(huán)，將吸熱盒吸收的芯片產(chǎn)生的熱量，通過液體的循環(huán)，帶到面積更大的散熱裝置，進(jìn)行散熱。冷卻后的液體再次回流到吸熱設(shè)備，如此循環(huán)往復(fù)。</p><p>　　三．使用導(dǎo)熱性能良好的粘接材料&l

73、t;/p><p>　　無論采取正裝焊或倒裝焊，芯片都需通過粘接材料粘接到金屬熱沉上。采用熱導(dǎo)率更高的粘接材料，同時(shí)減小粘接材料層的厚度，可以顯著降低倒裝焊LED的熱阻，提高器件的散熱能力。</p><p>　　第三章小結(jié)：要提高LED的發(fā)光效率，LED系統(tǒng)散熱與設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的課題，在了解散熱問題之前，要先了解其散熱途徑，從而進(jìn)行改善。LED的散熱</p><p>　

74、　途徑主要有以下幾種，如圖3-6所示。</p><p><b>　　從空氣中散熱。</b></p><p>　　由系統(tǒng)的電路板導(dǎo)出。</p><p><b>　　由金線導(dǎo)出。</b></p><p>　　由通孔至系統(tǒng)電路板導(dǎo)出（共晶或覆晶制造過程）。</p><p>　　因此

75、在設(shè)計(jì)散熱問題時(shí)可以著重考慮以上幾種途徑散熱。散熱并不是導(dǎo)熱，對(duì)LED來說，基板的主要功能是導(dǎo)熱而非散熱，將熱傳到空氣中才叫散熱。以上分析有說到可以用風(fēng)扇作為散熱器，但因?yàn)轱L(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)無法節(jié)能，還會(huì)有灰塵堆積，這對(duì)LED來說是致命的損害，而且散熱效果又有限，所以這種想法很難實(shí)施。LED散熱途徑最主要就有②和③，分別占散熱比例為74%和18%。但經(jīng)由電極金線散熱因?yàn)榻鹁€短小細(xì)長(zhǎng)也會(huì)有限制。所以一般的LED可以考慮用導(dǎo)熱性比較好的鋁或銅來做基板

76、，還可以采用陶瓷做基板，基板材料的選擇很重要，當(dāng)然，無論哪一種設(shè)計(jì)，最主要的是考慮成本問題，只要散熱成本低而且效果好，那么LED走進(jìn)尋常百姓家的日子也就不遠(yuǎn)了。</p><p>　　四 大功率LED散熱設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著新技術(shù)的開發(fā)，大功率LED發(fā)展迅猛，無論是在結(jié)構(gòu)還是性能方面都有很大的改進(jìn)，產(chǎn)量增加、價(jià)格降低；同時(shí)也開發(fā)了超大功率白光LED。與前幾年相比較，在發(fā)光效率上有

77、長(zhǎng)足的進(jìn)步。例如，Edison公司前幾年的20W白光LED，其光通量為700lm，發(fā)光效率為35lm/W。2007年開發(fā)的100W白光LED，其光通量為6000lm，發(fā)光效率為60lm/W。</p><p>　　用大功率LED做的燈具其價(jià)格比白熾燈、日光燈、節(jié)能燈要高得多，但它的節(jié)能效果及壽命比其他燈具也高的多。如果在路燈系統(tǒng)及候機(jī)大廳、大型百貨商場(chǎng)或超市、高級(jí)賓館大堂等用電大戶的公共場(chǎng)所全部采用LED燈具，其一

78、次性投資較高，但長(zhǎng)期的節(jié)電效果及經(jīng)濟(jì)性都是值得期待的。大功率LED的主要優(yōu)勢(shì)：</p><p>　　LED芯片的價(jià)格降低到原來芯片的幾分之一。</p><p>　　現(xiàn)有產(chǎn)能增加幾倍，而沒有增加其它昂貴的設(shè)備投資，降低了風(fēng)險(xiǎn)。</p><p>　　提高了新擴(kuò)產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力。</p><p>　　4.1大功率LED散熱</p>&

79、lt;p>　　LED是個(gè)光電器件，其工作過程中只有15%～25%的電能轉(zhuǎn)換成光能，其余的電能幾乎都轉(zhuǎn)換成熱能，使LED的溫度升高。在大功率LED中，散熱是個(gè)大問題。例如，1個(gè)10W白光LED若其光電轉(zhuǎn)換效率為20%，則有8W的電能轉(zhuǎn)換成熱能，若不加散熱措施，則大功率LED的器芯溫度會(huì)急速上升，當(dāng)其結(jié)溫（TJ）上升超過最大允許溫度時(shí)（一般是125℃），大功率LED會(huì)因過熱而損壞。因此在大功率LED燈具設(shè)計(jì)中，最主要的設(shè)計(jì)工作就是散熱

80、設(shè)計(jì)。</p><p>　　另外，一般功率器件（如電源IC）的散熱計(jì)算中，只要結(jié)溫小于最大允許結(jié)溫溫度就可以了。但在大功率LED散熱設(shè)計(jì)中，其結(jié)溫TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ對(duì)LED的出光率及壽命有較大影響：TJ越高會(huì)使LED的出光率越低，壽命越短。</p><p>　　4.2 大功率LED散熱計(jì)算</p><p>　　若結(jié)溫為TJ、環(huán)境溫度為TA、LE

81、D的功耗為PD,則RJA與TJ、TA及PD的關(guān)系為：RJA=（TJ－TA）/PD  (1)</p><p>　　式中PD的單位是W。PD與LED的正向壓降VF及LED的正向電流IF的關(guān)系為：PD=VF×IF   (2)</p><p>　　如果已測(cè)出LED散熱墊的溫度TC，則(1)式可寫成：RJA=(TJ－TC)/PD+(T

82、C－TA)/PD                  則RJC=(TJ－TC)/PD    (3)</p><p>　　RBA=(TC－TA)/PD   (4)</p><p&

83、gt;　　在散熱計(jì)算中，當(dāng)選擇了大功率LED后，從數(shù)據(jù)資料中可找到其RJC值；當(dāng)確定LED的正向電流IF后，根據(jù)LED的VF可計(jì)算出PD；若已測(cè)出TC的溫度，則按（3）式可求出TJ來。</p><p>　　在測(cè)TC前，先要做一個(gè)實(shí)驗(yàn)板（選擇某種PCB、確定一定的面積）、焊上LED、輸入IF電流，等穩(wěn)定后，用K型熱電偶點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)LED的散熱墊溫度TC。在（4）式中，TC及TA可以測(cè)出，PD可以求出，則RBA值可以

84、計(jì)算出來。</p><p>　　若計(jì)算出TJ來，代入（1）式可求出RJA。</p><p>　　這種通過試驗(yàn)、計(jì)算出TJ方法是基于用某種PCB及一定散熱面積。如果計(jì)算出來的TJ小于要求（或等于）TJmax，則可認(rèn)為選擇的PCB及面積合適；若計(jì)算來的TJ大于要求的TJmax，則要更換散熱性能更好的PCB，或者增加PCB的散熱面積。</p><p>　　另外，若選擇的L

85、ED的RJC值太大，在設(shè)計(jì)上也可以更換性能上更好并且RJC值更小的大功率LED，使?jié)M足計(jì)算出來的TJ≤TJmax。這些下面將會(huì)說明。</p><p>　　4.3 大功率LED散熱設(shè)計(jì)</p><p>　　這里采用了國(guó)星光電股份有限公司的測(cè)量TC的實(shí)例中取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為計(jì)算舉例。已知條件如下：</p><p>　　LED：2W白光LED、型號(hào)6070、RJC=18℃

86、/W。K型熱電偶點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)量頭焊在散熱墊上。</p><p>　　PCB試驗(yàn)板：雙層敷銅板（6.0×7.0mm）、t=3.8mm。</p><p>　　LED工作狀態(tài)：IF=350mA、VF = 3.2V。</p><p>　　按圖4-3-2用K型熱電偶點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)TC，TC=70℃。測(cè)試時(shí)環(huán)境溫度TA =25℃. </p><p>

87、<b>　　1. TJ計(jì)算</b></p><p>　　TJ=RJC×PD+TC=RJC（IF×VF）+TC</p><p>　　TJ=18℃/W（350mA×3.2V）+70℃=90.16℃</p><p><b>　　2. RBA計(jì)算</b></p><p>　　R

88、BA=（TC－TA）/PD   =（70℃－25℃）/1.12W   =40.18℃/W</p><p><b>　　3. RJA計(jì)算</b></p><p>　　RJA=RJC+RBA=18℃/W+40.18℃/W =58.18℃/W</p><p>　　如果設(shè)計(jì)的TJmax=90℃，則按上述條件計(jì)

89、算出來的TJ不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要改換散熱更好的PCB或增大散熱面積，并再一次試驗(yàn)及計(jì)算，直到滿足TJ≤TJmax為止。</p><p>　　上式計(jì)算中70℃有一些誤差，應(yīng)焊上新的9℃/W的LED重新測(cè)TC（測(cè)出的值比70℃略?。?。這對(duì)計(jì)算影響不大。采用了9℃/W的LED后不用改變PCB材質(zhì)及面積，其TJ符合設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　上面的計(jì)算中TJ=90.16℃其實(shí)已經(jīng)符合設(shè)計(jì)要

90、求，6070采用銅柱型垂直散熱結(jié)構(gòu)，散熱性能優(yōu)異。它的光通量/lm為110流明，色溫/K 為4000K，給人一種爽快的感覺，它主要應(yīng)用于射燈、軌道燈、路燈、隧道燈等照明產(chǎn)品?？梢哉f6070是國(guó)星光電的一款優(yōu)秀產(chǎn)品。</p><p>　　4.4 大功率LED關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　大功率LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)包括低熱阻封裝技術(shù)、高取光率封裝結(jié)構(gòu)、陣列封裝與系統(tǒng)集成技術(shù)和金屬鍵合技術(shù)。&

91、lt;/p><p><b>　　低熱阻封裝技術(shù)</b></p><p>　　LED封裝熱阻主要包括材料內(nèi)部熱阻和界面熱阻。散熱基板的作用就是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并傳導(dǎo)到熱沉上，實(shí)現(xiàn)與外界的熱交換。常用的散熱基板材料包括硅、金屬和復(fù)合材料等。</p><p>　?。?）高取光率封裝結(jié)構(gòu)</p><p>　　對(duì)灌封膠的要求：透光

92、率高，折射率高，熱穩(wěn)定性好，流動(dòng)性好，易于噴涂，低吸濕性，低應(yīng)力，耐老化等特性。硅膠具有透光率高，折射率大，熱穩(wěn)定性好，應(yīng)力小，吸收性低等特點(diǎn)，但受環(huán)境溫度影響較大，隨溫度升高，硅膠內(nèi)部的熱應(yīng)力加大，導(dǎo)致硅膠的折射率降低，從而影響LED光效和光強(qiáng)分布。</p><p>　?。?）陣列封裝與系統(tǒng)集成技術(shù)</p><p>　　A、引腳式LED封裝</p><p>　　B

93、、表面組裝式封裝（SMT-LED）</p><p>　　C、板上芯片直裝式LED封裝（COB）</p><p>　　D、系統(tǒng)封裝式LED封裝 </p><p><b>　?。?）金屬鍵合技術(shù)</b></p><p>　　晶片鍵合：指芯片結(jié)構(gòu)和電路的制作、封裝都在晶片上進(jìn)行，封裝完成后再進(jìn)行切割，形成單個(gè)芯片。</p

94、><p>　　芯片鍵合：指芯片結(jié)構(gòu)和電路在晶片上完成后，即進(jìn)行切割形成芯片，然后對(duì)單個(gè)芯片進(jìn)行封裝。</p><p>　　金屬鍵合：采用金屬與金屬或者金屬與硅片的鍵合技術(shù)，采用導(dǎo)熱良好的硅片取代原有的GaAs或藍(lán)寶石襯底。</p><p>　?。?）封裝基板新技術(shù)</p><p>　　金屬系高散熱基板：硬質(zhì)系和可撓曲系基板。硬質(zhì)系基板屬于傳統(tǒng)金屬

95、基板；可撓曲系基板是通過鋁質(zhì)基板薄板化賦予封裝基板可撓曲特性。</p><p>　　A、高效率化金屬基板</p><p>　　利用環(huán)氧樹脂系接著劑將銅箔黏貼在金屬基材的表面，通過金屬基材與絕緣層材質(zhì)的組合變化，制成各種用途的LED封裝基板。</p><p><b>　　B、可撓曲基板</b></p><p>　　主要用途

96、大多集中在布線用基板，以往高功率晶體管與IC等高發(fā)熱元件幾乎不使用可撓曲基板，最近幾年液晶顯示器為滿足高亮度化需求，要求在可撓曲基板上高密度設(shè)置高功率LED。 高熱傳導(dǎo)撓曲基板在絕緣層粘貼金屬箔，可以設(shè)置高發(fā)熱元件。</p><p><b>　　C、陶瓷封裝基板</b></p><p>　　LED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁，氧化鋁的熱傳導(dǎo)率是環(huán)氧樹脂的55倍，氮

97、化鋁則是環(huán)氧樹脂的400倍。</p><p>　　4.5 大功率LED的發(fā)展趨勢(shì)</p><p><b>　　模塊化</b></p><p>　　通過多個(gè)LED燈（或模塊）的相互連接可實(shí)現(xiàn)良好的流明輸出疊加，滿足高亮度照明的要求。通過模塊化技術(shù)，可以將多個(gè)點(diǎn)光源或LED模塊按照隨意形狀進(jìn)行組合，滿足不同領(lǐng)域的照明要求。</p>

98、<p><b>　　系統(tǒng)效率最大化</b></p><p>　　為提高LED燈具的出光效率，除了需要合適的LED電源外，還必須采用高效的散熱結(jié)構(gòu)和工藝，以及優(yōu)化內(nèi)/外光學(xué)設(shè)計(jì)，以提高整個(gè)系統(tǒng)效率。</p><p><b>　　低成本</b></p><p>　　LED燈具要走向市場(chǎng)，必須在成本上具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)（主要

99、指初期安裝成本），而封裝在整個(gè)LED燈具生產(chǎn)成本中占了很大部分，因此，采用新型封裝結(jié)構(gòu)和技術(shù)，提高光效/成本比，是實(shí)現(xiàn)LED燈具商品化的關(guān)鍵。</p><p>　　第四章小結(jié)：本章先從LED照明熱產(chǎn)生開始分析到最后大功率LED散熱設(shè)計(jì)，其中有分析了大功率LED散熱的一系列問題，因?yàn)槲沂窃趪?guó)星光電實(shí)習(xí)，所以我跟師傅要了一些國(guó)星光電大功率LED的資料，再結(jié)合自己的大功率LED散熱設(shè)計(jì)，把資料應(yīng)用起來設(shè)計(jì)成經(jīng)典的大功率

100、LED熱設(shè)計(jì)。我的大功率LED熱設(shè)計(jì)，里面設(shè)計(jì)的內(nèi)容還有很多不足的地方，例如，TC的測(cè)量不是很準(zhǔn)確，并且當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)也沒有考慮到空氣的換熱和輻射換熱的大小等。我覺得，想要加快散熱，可以考慮換一種基板，如采用陶瓷基板代替金屬基板，或者用導(dǎo)熱率更好的基板?；蛘邔⒔鹁€距離縮短、增大線徑，這樣也會(huì)加快芯片的散熱效率，不過這一切都要考慮成本，如成本太高，這也是不值得的。最近出現(xiàn)了一種新技術(shù)：微槽群復(fù)合相變冷卻技術(shù)，它有望解決大功率LED散熱問題，在此

101、就不分析了。</p><p><b>　　五 總結(jié)和展望</b></p><p>　　經(jīng)過了一個(gè)多月的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我終于完成了LED封裝與熱設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。從開始選題到畢業(yè)論文的完成，每走一步對(duì)我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)，也遇到過諸多問題。一開始對(duì)設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)并不是很了解，后期，我作了很多的準(zhǔn)備，開始查閱的大量的資料，有用的資料全部記起來

102、。雖然我的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以驕傲的說，在本次設(shè)計(jì)中，里面的每一點(diǎn)論述，都是經(jīng)過我充分準(zhǔn)備和認(rèn)真學(xué)習(xí)所得。</p><p>　　本設(shè)計(jì)論文從LED的發(fā)光原理和特征出發(fā)，論述了LED的各種特征，還有LED的封裝技術(shù)，重點(diǎn)寫了LED熱設(shè)計(jì)，最后通過大功率LED散熱設(shè)計(jì)分析研究大功率LED散熱問題。</p><p>　　通過我的這次設(shè)計(jì)，我相信無論是在以后的學(xué)習(xí)

103、和工作過程中都將是我一生的財(cái)富。</p><p><b>　　六 致謝</b></p><p>　　在這次論文設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)我寫畢業(yè)論文的X老師給予細(xì)心指引與教導(dǎo)，使得我最終完成完成畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，在此我表示衷心感謝。同時(shí)也感謝幫助我的同學(xué)，沒有你們，我無法順利的完成論文，是你們的細(xì)心幫助，讓我的論文順利完成。最后感謝國(guó)星光電的領(lǐng)導(dǎo)，謝謝它為我提供實(shí)習(xí)地方和論文的

104、相關(guān)資料。感謝你們，祝愿你們工作順利、身體健康！最后感謝老師閱讀我的論文。</p><p><b>　　七 后記</b></p><p>　　從開始寫作至本論文最終定稿，總花費(fèi)了我一個(gè)多月以來所有業(yè)余時(shí)間。雖然說在繁忙的工作之余要完成這樣一篇論文的確不是一件輕松的事情，但我內(nèi)心深處卻滿含感激之情，感謝國(guó)星光電單位為我提供實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，感謝國(guó)星光電的員工和我商討我的論文，

105、他們對(duì)我的幫助很大，無論是在工作上的還是在學(xué)習(xí)上。感謝應(yīng)電班的所有任課老師，是你們的教育使我將知識(shí)慢慢沉淀下來，并最終做到學(xué)以致用。同時(shí)很感謝我的指導(dǎo)老師X老師，他為人熱情，經(jīng)常主動(dòng)聯(lián)系我，細(xì)心地指導(dǎo)我寫好論文。通過這次論文的撰寫，使我能夠更系統(tǒng)、更全面地學(xué)習(xí)LED的有關(guān)知識(shí)，這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作來說，都是一筆巨大的財(cái)富。</p><p>　　由于本人知識(shí)比較有限，論文中難免有疏漏和不足的地方，歡迎老師和專家們

106、的指正，謝謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、周志敏，紀(jì)愛華. LED熱設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用. —北京：電子工業(yè)出版社，2012.1</p><p>　　2、周志敏. LED照明技術(shù)與工程應(yīng)用. —北京.：中國(guó)電力出版社. 2009</p><p>　　3、周志敏. LED背光照明技術(shù)與