热对LED影响分析及不同材质LED的温度系数
热对led影响分析及不同材质led的温度系数
led随温度变化, 亮度不断提升, led的散热技术也一直在提升, 1992年一颗led的热阻抗为360℃/w, 之后降至125℃/w、75℃/w、15℃/w, 而今已是到了每颗6∼10℃/w的地步, 简单的说, 以往led每消耗1瓦的电能, 温度会增加360℃, 现在则是相同消耗1瓦电能, 温度却只上升6 ∼10 ℃ 。 发光二极管, 具有无污染, 低耗能, 寿命长, 操作反应快等优点, 随着欧盟即将在2007年禁止目前广泛使用的含汞金属光源, led 将成为下一世代光源发展的主轴。
发光二极管尚需克服其发光效率问题在于：现阶段的光能效率仅能达到15%, 而85%皆转为热量, led光源的应用, 仍需搭配散热机构, 若散热功能设计不当, 对于发光二极管本身，将造成严重的破坏情形。
随着led亮度不断提升, led的散热技术也一直在提升, 所以做好led的散热对增加led的发光效率和使用寿命都会得到很大的作用。本文内容主要针对热对led影响进行探讨, 详如下文所示。
热对led的影响
led---冷光源
(1)led的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光, 过程中不需要热量, led可以称为冷光源
(2)led的发光需要电流驱动, 输入led的电能中, 只有约15%有效转化为光, 大部分(约85%)因无效而转化为热
(3)led发光过程中会产生热量, led并非不会发热的冷光源
热对led性能和结构的影响
(1)led发光产生的热量和工作环境温度(ta)有关, 将引起led芯片结点温度tj的变化, led是温度敏感器件, 当温度变化时, led的性能和封装结构都会受到影响, 从而影响led的可靠性
(2)热量集中在尺寸很小的led芯片内, 若无有效排出热量, 芯片温度升高, 引起热应力的非均匀分布, 芯片发光效率和荧光粉激射效率下降
(3)当led芯片温度超过一定值时, 器件失效率呈指数规律增加, 统计数据表明, 组件温度每上升2℃,可靠性下降10%
(4)当多个led密集排列组成白光照明系统时, 热量的耗散问题更严重
(5)热将影响led驱动器的效率, 损害磁性组件及输出电容器等的寿命, 使led驱动器的可靠度降低(一般半导体组件的工作温度需控制在80°c以下)
(6)典型的led由光学透明的环氧树脂封装, 温度升高到环氧树脂玻璃转换温度tg时, 环氧树脂由刚性材料转换成弹性材料, 热膨胀系数(cte)会有很大变化, 封装树脂在温度变化的过程中,膨胀和收缩加剧,这将导致金线(或铝线)键合点位移增大,金线(或铝线)过早疲劳和损坏,造成led开路和突然失效, 为了避免led突然失效, led结点温度应该始终保持在封装树脂的tg以下
光通量fv与结点温度tj的关系
φv(tj2)= φv(tj1)e(-kδtj)
其中: φv(tj1)=结点温度tj1时的光通量
φv(tj2)=结点温度tj2时的光通量
δtj= tj2 - tj1 , k =温度系数
不同材质类别led的温度系数
led材质类别
温度系数 k
alingap/gaas橙红色 9.52´10-3
alingap/gaas黄色 1.11´10-2
alingap/gap高亮红 9.52´10-3
alingap/gap黄色 9.52´10-2
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其中: φv(tj1)=结点温度tj1时的光通量
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温度系数 k
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