LED灯散热途径分析与陶瓷基板研究
LED散热分析_图文(精)
——LED 封装用环氧树脂的导热LED 为什么要散热?理论上LED 总的电光转换效率约为54% (这是非常理想的情况下的估计结果, 而制造工艺中的任何疏漏、材料上的任何缺陷均将造成其能量转换效率的下降，而基于目前LED 技术发展的水平，见诸报导的最高的电光转换效率还不到理论值的一半，而实际应用中更多的是不足其理论值的1/4 ！剩余的电能将以热能的形式释放，这就是LED 产生热的原因。
•LED 的热性能直接影响其：•1、发光效率－温度上升，光效降低。
•2、主波长－温度上升，蓝光向短波长漂移，其它颜色向长波长的漂移(红移。
•3、相关色温(CCT－温度上升，白光的相关色温升高，其它颜色的相关色温降低。
•4、正向电压－温度上升，正向电压降低。
•5、反向电流－温度上升，反向电流增大。
•6、热应力－温度上升，热应力增大。
•7、器件的使用寿命－温度上升，器件的使用寿命减短。
•8、如果LED 封装有荧光粉，环氧树脂等，温度的上升还将导致这些材料发生劣化。
假如以结温为25度时的发光为100%，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90%；结温为100度时就下降到80%；140度就只有70%。
可见改善散热，控制结温是十分重要的事。
而且，结温不但影响长时间寿命，也还直接影响短时间的发光效率，例如Cree 公司的XLamp7090XR-E 的发光量和结温的关系如图2所示。
一、LED为什么要散热图1. 光衰和结温的关系LED的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED 的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10℃寿命会延长2倍一、LED为什么要散热•除此以外LED 的发热还会使得其光谱移动；色温升高；正向电流增大（恒压供电时）；反向电流也增大；热应力增高；荧光粉环氧树脂老化加速等等种种问题，所以说，LED 的散热是LED 灯具的设计中最为重要的一个问题。
一、LED 为什么要散热二、散热途径热传导和对流需要借助介质进行，而热辐射则不需要(如真空中热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射。
最新陶瓷cob封装的散热探讨
陶瓷c o b封装的散热探讨陶瓷COB封装的散热探讨陶瓷COB封装的散热探讨摘要：本文通过对陶瓷COB封装的散热进行分析讨论，从LED 热量的产生原因，基板材料的分析，到散热方法的分析比较，分析了它的优点和缺点。
关键词：LED封装散热陶瓷COB基板所谓COB封装（Chip on Board），是指LED芯片直接在基板上进行绑定封装。
也就是指将N颗LED芯片绑定在金属基板或陶瓷基板上，成为一个新的LED光源模组。
由于芯片结温的高低直接影响到LED出光效率、色度漂移和器件寿命等参数，如何提高封装器件散热能力、降低芯片温度成为COB结构设计中亟需解决的关键技术环节。
对于高功率COB LED的封装散热难题，确保LED产品在高功率运作下的材料稳定性与光衰稳定性，以陶瓷作为散热及金属?线基板的趋势已日渐明朗。
1、LED热量的产生原因与传统光源一样，半导体发光二极管（LED）在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。
LED 在正向电压下，电子从电源获得能量，在电场的驱动下，克服PN 结的电场，由N 区跃迁到P 区，这些电子与P 区的空穴发生复合。
由于漂移到P 区的自由电子具有高于P 区价电子的能量，复合时电子回到低能量态，多余的能量以光子的形式放出。
发出光子的波长与能量差 Eg 相关。
电子在二极管内部的路途中，都会因电阻的存在而消耗功率。
所消耗的功率符合电子学的基本定律：式中：RN 是N 区体电阻VTH 是PN 结的开启电压RP 是P 区体电阻消耗的功率产生的热量为：式中：t 为二极管通电的时间。
它所它所消耗的电功率为：式中：ULED 是LED 光源两端的正向电压ILED 是流过LED 的电流这些消耗的电功率转化为热量放出：（1-4）式中：t 为通电时间2、LED散热问题分析早期单芯片LED的功率不高，单芯片的炮弹型封装逐渐发展成扁平化、大面积式的多芯片封装模块；其工作电流由早期20mA左右的低功率LED，进展到目前的1/3至1A左右的高功率LED，单颗LED的输入功率高达1W以上，甚至到3W、5W。
LED照明灯具散热结构优化设计 李建雄
LED照明灯具散热结构优化设计李建雄摘要：随着取出荧光粉量子效率以及芯片封装制造技术的不断提升，从性能与结构上来看，LED取得了不小进步。
如何散热结构的设计成了设计人员重点突破的方向，怎么样降低成本，提高灯具的稳定性成了LED照明突破市场的关键点。
关键词：LED灯具普通照明互通式散热结构引言：LED照明灯具设计较为复杂，涉及内容较多，如光学、机械及电子等，其中散热结构作为最为重要的一部分，在灯具使用过程中，极少部分功率会转换为光，而剩余大部分则会转化为热，如果不能够及时、有效处理热能，会极大影响灯具的使用寿命，且在一定程度上影响发光效率，要对LED照明灯具的散热结构进行优化设计。
1 LED照明灯具优势节能、安全性较高，LED照明灯具的整体光效高，并且在反射时，灯具的损失较低，采用数字调光系统，会使省电效果更加明显。
现阶段，同传统高压钠灯相比，LED照明灯具节电能比其节省60%。
将LED照明灯具与太阳能系统配套使用，会发挥出更大效果的能源利用率；维护成本较低，LED照明灯具不需要频繁更换，一般可以使用10年左右。
与此同时，相比于过去的高压钠灯，LED照明灯具在安装造价、铺设、耗电等方面的成本也低很多，就相应的减少了电缆、变压器及工程费用等，配光容易，LED照明灯具的光源非常靠近自然光，同时，可以人为的对光色进行控制，可以利用配光来满足不同领域照明的具体需求。
还可以控制光色的均匀度，不至于像传统光源一样光色太单调；安全环保，LED照明灯具的光源没有辐射，也不会造成光污染，不会对人体造成伤害，维护简单，方便管理，也不需要经常保养，使用寿命较长，短时间内不需要更换。
2 散热设计思路（1）芯片芯板传热早期的LED灯具由于采用LED灯珠，应用范围不广，单芯片的灯珠由于功率不高，发热量有限，所以对散热的要求不高。
而今当0.5W以上高功率LED成为灯具光源的主流时，高功率带又来了高发热量。
为了尽可能提高芯片的散热性能，研究人员不断在LED的芯片结构和材质上进行了很多改进。
led灯散热解决方案
led灯散热解决方案近年来，随着LED（Light Emitting Diode，发光二极管）灯的广泛应用，越来越多的人开始关注LED灯散热问题。
因为高温会导致LED 光效下降、寿命缩短甚至失效，而良好的散热设计能够保证LED灯长时间稳定工作。
本文将介绍LED灯散热原理以及几种常见的散热解决方案。
一、LED灯散热原理LED灯产生热量的主要原因是因为电流通过LED芯片时，部分电能被转化为热能。
如果散热不及时，热量会在LED芯片周围积聚，导致LED温度升高。
而LED的发光效率会随着温度的升高而下降，严重时可能会超过芯片能承受的温度极限，从而导致灯的寿命缩短。
二、散热解决方案1. 散热材料选择散热材料是提高LED灯散热效果的关键。
一种常用的散热材料是导热胶，它能有效地将LED芯片与散热器紧密接触，提高热量的传导效果。
此外，金属材料如铝合金等也具有良好的导热性能，可作为散热器的主要材质。
2. 散热器设计散热器的设计是影响LED灯散热效果的重要因素之一。
通常，散热器应具有大的表面积，以增加热量的辐射传播。
同时，设计散热器时应考虑散热器与LED芯片之间的紧密贴合，以提高热量的传导效率。
3. 散热风扇的应用在某些高功率的LED灯中，为了增强散热效果，还可以加装散热风扇。
风扇通过强制循环空气，加速热量的传导和散发，提高LED灯的散热效果。
但需要注意的是，风扇的噪音和功耗也是需要考虑的因素。
4. 散热设计的综合考虑除了上述几种解决方案，还可以根据具体应用环境和要求来综合考虑。
例如，在室内照明中，可以通过合理布局和散热结构设计来提高散热效果；在室外环境中，要考虑防水、防尘等特殊要求。
总结：LED灯散热是保证其正常工作和延长寿命的重要问题。
通过选用适当的散热材料，合理设计散热器以及加装散热风扇，可以有效地解决LED灯散热问题。
在实际应用中，应根据具体情况进行综合考虑，以确保LED灯在高效、安全、稳定工作的同时，具备良好的散热性能。
led陶瓷基板导热系数
led陶瓷基板导热系数（实用版）目录一、LED 陶瓷基板的特点二、LED 陶瓷基板的导热系数三、导热系数对 LED 陶瓷基板的影响四、提高 LED 陶瓷基板导热系数的方法五、总结正文一、LED 陶瓷基板的特点LED 陶瓷基板是 LED 照明领域中常用的一种材料，它具有许多优点，如良好的导热性能、较高的机械强度、良好的抗热性能和耐腐蚀性能等。
由于其优异的性能，LED 陶瓷基板被广泛应用于 LED 灯珠、LED 灯带、LED 面板灯等产品中。
二、LED 陶瓷基板的导热系数LED 陶瓷基板的导热系数是指其在单位时间内，单位面积上导热的能力。
导热系数越高，表示材料的导热性能越好。
对于 LED 陶瓷基板而言，其导热系数一般在 30-100W/m·K 之间。
一般来说，导热系数越高，LED 陶瓷基板的散热性能越好，从而能够提高 LED 的寿命和稳定性。
三、导热系数对 LED 陶瓷基板的影响导热系数对 LED 陶瓷基板的性能影响很大。
较高的导热系数可以有效地传递和分散 LED 产生的热量，降低 LED 的温度，从而延长 LED 的使用寿命和提高其稳定性。
此外，高导热系数的 LED 陶瓷基板还有助于提高整个照明系统的光效和节能效果。
四、提高 LED 陶瓷基板导热系数的方法为了提高 LED 陶瓷基板的导热系数，可以采用以下几种方法：1.选择高导热性能的材料：常见的高导热材料有氧化铝、氮化铝、碳纳米管等。
2.优化材料结构：通过调整材料的晶粒尺寸、孔隙结构和组织形态等，以提高其导热性能。
3.采用复合材料技术：将不同类型的高导热材料进行复合，以实现更高的导热系数。
4.表面处理技术：通过表面处理技术，如金属化、氧化等，来提高陶瓷基板的导热系数。
五、总结总之，LED 陶瓷基板的导热系数是评价其性能的重要指标之一。
高导热系数有助于提高 LED 的寿命、稳定性和整个照明系统的光效和节能效果。
LED散热问题的解决方案
LED散热问题的解决方案LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有高效、节能、寿命长等优点，在照明、显示等领域得到广泛应用。
然而，由于LED器件本身的特性，其工作过程中会产生大量的热量，如果不能有效地散热，会导致LED的温度过高，降低其性能和寿命。
因此，解决LED散热问题是非常重要的。
一、散热原理和问题分析LED散热问题的根本原因是LED器件的工作过程中产生的热量无法及时散发，导致温度升高。
这会引发以下几个问题：1. LED亮度降低：当LED温度超过一定范围时，其亮度会明显下降，影响照明效果。
2. 寿命缩短：高温会加速LED器件的老化速度，导致寿命缩短。
3. 功率损耗：LED器件的温度升高会导致功率损耗增加，影响能源利用效率。
二、解决方案为了解决LED散热问题，可以采取以下几种方案：1. 散热材料的选择选择适当的散热材料对于提高LED散热效果非常重要。
常见的散热材料包括导热胶、铝基板、铜基板等。
导热胶适用于散热面积较小的场景，而铝基板和铜基板则适用于散热面积较大的场景。
根据实际需求选择合适的散热材料，能够有效提高散热效果。
2. 散热结构的设计合理的散热结构设计可以提高LED散热效果。
例如，可以采用散热片、散热鳍片等结构，增大散热面积，提高散热效率。
此外，还可以通过增加散热风扇、散热管等装置来提高散热效果。
3. 散热系统的优化通过优化散热系统，可以进一步提高LED的散热效果。
例如，可以合理布置散热器件的位置，优化散热风道的设计，增加散热风扇的转速等。
通过这些措施，能够提高散热系统的整体效率，有效降低LED的温度。
4. 温度监测和控制为了及时发现LED的温度异常，可以在LED器件上安装温度传感器，并通过控制系统实时监测LED的温度。
一旦温度超过设定的阈值，控制系统可以及时采取措施，如降低电流、增加散热风扇的转速等，以保证LED的正常工作。
5. 环境温度控制除了对LED器件本身进行散热处理外，还应注意控制环境温度。
led灯散热解决方案
led灯散热解决方案LED灯散热解决方案1. 引言随着LED（Light Emitting Diode，发光二极管）应用的广泛普及，人们对其进行了更高的要求，包括更大的亮度和更长的寿命。
然而，高亮度LED的工作温度也相应增加，这给LED灯的散热带来了挑战。
良好的散热设计能够有效降低LED的工作温度，延长其寿命。
本文将介绍led灯散热解决方案，以帮助设计师合理解决这一问题。
2. 散热原理LED灯在工作时会产生热量，如果不能及时有效地将热量散发出去，将会导致LED的温度升高。
过高的温度会降低LED的光效，甚至损坏LED。
因此，散热是保证LED长期稳定工作的关键。
散热的原理主要有三种：2.1 空气对流散热空气对流是利用空气的流动来带走LED灯产生的热量。
散热片或散热器的设计可以增加表面积，加速周围空气的流动，提高对流散热效果。
为避免灰尘等杂物堵塞风道，维护通风畅通也十分重要。
2.2 热传导散热热传导散热是指利用好导热材料，通过导热基板等方式，将LED灯产生的热量迅速传导到周围环境。
导热材料应具有高热导率，以确保效果。
同时，热源和散热器之间的接触面积和接触压力也需要充分考虑。
2.3 辐射散热当LED灯的温度高于周围环境时，会通过辐射的方式将热量传递出去。
LED灯的外壳设计应具备较大的表面积，充分发挥辐射散热的效果。
同时，LED灯的外壳材料也应选择具备较好的热辐射特性的材料。
3. 散热解决方案根据上述散热原理，以下列举几种常见的LED灯散热解决方案：3.1 散热片散热方案散热片是一种将热量从LED灯传导到周围环境中的散热方式。
通过选择合适的散热片材料，如铝材等，并将散热片缠绕在LED灯的散热部分，可以有效地提高LED灯的散热效果。
此外，散热片的设计应考虑到空气对流的影响，例如设置散热片孔洞以增加空气流动。
3.2 散热器散热方案散热器是通过放大导热界面的表面积，帮助热量更快地散发到周围环境中的散热方式。
常见的散热器材料包括铝和铜，它们具有较高的热导率。
大功率LED灯的散热性能分析
大功率LED灯的散热性能分析随着LED（发光二极管）的发展和应用，大功率LED灯已经取代传统的照明设备成为主流。
在LED灯的设计中，散热性能是至关重要的一环。
因为LED芯片的发光效率很高，但是会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致LED灯的寿命缩短，光衰加快，从而影响灯具的使用效果和维护成本。
大功率LED灯的散热性能是指：LED固定在散热器上，将LED芯片和驱动电路产生的热量通过散热器传递到环境中，并保持灯具整体温度不超过LED芯片最大温度，从而实现LED灯长时间稳定工作。
散热器的选择与设计至关重要。
一般来说，散热器是采用铝制材料制作的。
由于铝具有良好的导热性能，且重量轻、价格便宜等优点，因此被广泛应用。
散热器的形状多种多样，包括圆柱形、方形、矩形等。
但是，散热器的散热效率与其表面积有关。
表面积越大，散热效率越高。
大功率LED灯的散热性能分析还需要考虑散热接口。
一般来说，散热接口采用导热硅脂或散热垫。
导热硅脂可以填充LED芯片与散热器之间的空隙，增加热量的传导。
散热垫是一种塑料材料，具有导热、绝缘、隔音等特性。
散热垫可以被粘贴在散热器的表面，增加散热面积，提高散热效率。
在LED灯的设计中，还要考虑LED芯片和驱动电路的散热。
尤其是驱动电路产生的热量更容易被忽视。
为了确保LED灯具的正常运行，驱动电路的热量也应该通过散热器传递到环境中。
因此，在LED灯具的设计中，需要考虑如何使PWM（脉冲宽度调制）芯片和电容散热。
此外，增加加热保护电路也是应该考虑的因素。
总之，大功率LED灯的散热性能分析需要考虑多个因素，包括散热器的选择与设计、散热接口的使用和LED芯片、驱动电路的散热等。
只有全面分析上述因素，才能保证LED灯具的正常运行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要
led具有节能、省电、高效、反应时间快等特点已得到广泛应用，但是led发光时所产生的热能若无法导出，将会导致led工作温度过高，从而影响led灯的寿命、光效以及稳定性。
本文从led温度产生的原因出发，分析led灯的散热途径以及陶瓷散热基板技术。
【关键词】led灯散热陶瓷基板
led半导体照明芯片工作时发的光线是不含紫外线和红外线的，因此它的光线不能带走热量，所以工作时温度就会不断上升。
为了降低led工作温度，延长led灯的寿命就必须要把它发光时产生的热能及时导出。
led 从芯片到整个散热器的每一个环节都必须充分考虑散热。
任何一个环节不当的设计都会引起严重的散热问题。
1 温度对led灯的影响
led的光衰表明了它的寿命，随着使用的时间，亮度会就越来越暗，直到最后熄灭。
通常定义衰减30%的时间作为其寿命。
led温度与寿命的关系图如图1所示，从图中我们可以看到，led灯的寿命随着工作温度的升高而缩短。
图2是结面温度与发光量之间的关系图，如果结温为25度时发光为率100%的话，那么当结温上升到50度时，发光率下降到95%；100度时下降到80%；150 度就只有68%。
2 led温度产生原因分析
led发热是因为加入的电能只有约20%-30%转换成了光能，而一大部分都转化成了热能。
led结温的产生是由于两个因素所引起的。
（1）pn区载流子的复合率并不是100%，也就是电子和空穴复合的时候不全都产生光子，泄漏电流及电压的乘积就是这部分产生的热能。
但现在内部光子效率已经接近于90%，因此这部分热能并不是led结温产生的主要因素。
（2）导致led结温的是主要因素是内部复合产生的光子不能全部射出到芯片外部而转化的热能，目前这种外部量子效率只有30%左右，其大部分都转化为热量了。
led散热可以通过以下途径实现：
（1）从空气中散热；
（2）热能直接由电路板导出；
（3）经由金线将热能导出；
（4）若为共晶及flip chip 制程，热能将经由通孔至系统电路板而导出。
以上散热途径中，散热基板材料的选择与其led晶粒的封装方式于led热散管理上占了极为重要的一环。
3 陶瓷散热基板
led散热基板有金属和陶瓷基板这两种。
目前led产品一般会采用金属基板，因为金属基板的材料主要是铝或铜，成本低，技术也比较成熟。
但是，陶瓷基板的导热和散热性能比金属基板好，是目前高功率led散热最合适的方案。
照明对散热性及稳定性的要求远高于电视、电脑等电子产品，即使陶瓷基板成本比高于金属基板，包括cree、欧司朗、飞利浦及日亚化等国际大厂也都使用陶瓷基板作为led晶粒散热材质。
现在市面上通用的大功率led散热基板如图3所示，其结构一般都为铝基板：其最下层为厚度约为1.3mm铝金属层；铝层之上为厚约0.1mm高分子绝缘层；最上层为焊接电路以及铜线路。
，由于绝缘层导热系数极低，即使铝的导热系数比较高，绝缘层也会成为该结构基板的散热瓶颈，影响整个基板的散热效果；其次绝缘层的存在，导致其无法承受高温焊接，限制了封装结构的优化，影响了封装工艺的实施，不利于led的散热。
陶瓷基板是指在高温下把铜箔直接键合到氮化铝（aln）或氧化铝（al2o3）陶瓷基片表面（单面或双面）上的特殊工艺板。
通过这种工艺制作的超薄复合基板具有非常优良的电气
绝缘性能，较高的导热特性，高的附着强度以及优异的软钎焊性，并且它可以刻蚀出各种各样的图形，具有非常大的载流能力。
现在，陶瓷基板已成为互连技术和大功率电力电子电路结构的基础材料，逐步取代铝基板。
表1是陶瓷散热基板与金属散热对比表，由于具有新的导热材料和新的内部结构陶瓷散热基板，消除了铝金属基板所具有的各种缺陷，从而大大地改善基板的整体散热效果以线路备制方法不同，陶瓷基板主要分为低温共烧多层陶瓷、厚膜陶瓷基板、以及薄膜陶瓷基板三种，在传统高功率led元件，多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为晶粒散热基板为主，将金线与led晶粒与陶瓷基板结合。
厚膜陶瓷基板采用网印技术生产，先借用刮刀将材料印制于基板上，然后经过烧结、干燥、雷射等步骤而成，目前大陆厚膜陶瓷基板主要制造商为大豪、九龙等公司。
一般而言，用网印方式生产制作的线路由于网版张网等问题，比较容易产生对位不精准、线路粗糙等现象。
此外，由于多层陶瓷所采用叠压烧结工艺，会带来收缩比例的问题，这就限制了其工艺的解析度。
低温共烧多层陶瓷技术，以陶瓷作为基板材料，须先将约30%～50%的玻璃材料与无机的氧化铝粉加上有机黏结剂均匀混合成为泥状的浆料，然后把浆料用刮刀刮成片状，再经由干燥工艺将片状浆料生成薄薄的生胚，然后按各层设计要求钻导通孔，以此作为各层讯号的传递， ltcc内部线路则采用网版印刷技术，在生胚上分别做填孔及印制线路，内外电极可由银、铜、金等金属组成，最后将各层做叠层动作，放置于850～900℃的烧结炉中烧结成型。
由于厚膜制作过程中出现的张网问题，以及多层叠压烧结后出现收缩比例问题，近年来发展出以薄膜陶瓷基板作为led晶粒的散热基板。
薄膜散热基板采用电/电化学沉积、溅镀、以及黄光微影制程制作而成。
4 结论
随着陶瓷基板产品的问世，散热应用行业开启了新的篇章。
由于陶瓷基板优良的散热特色，随着生产技术、设备的改良，产品的性价比大大的提高，进而扩大led产业的应用领域。
陶瓷基板的开发成功，更将成为户外亮化和室内照明产品提供服务，使led产业未来的发展域更宽广。