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LED照明散热不足因素

时间:2019-10-08 来源: 关键字:LED光源   PN结   晶片半导体材料   

现在大街上随处可见的LED显示屏,还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯,处处可见LED灯的身影,LED已经融入到生活中的每一个角落。LED光源发热的原因是LED晶片中的载流子非量子复合。LED的PN结发热首先要通过晶片半导体材料自身向外传导到晶片的表面,这个有一定的热阻。

从LED元件的角度来讲,因封装的结构而异,晶片与支架之间也会有大小不等的热阻。这两个热阻之和构成了LED的热阻Rj-a。从使用者来看,特定的LED的Rj-a这个参数是无法改变的,这是LED封装企业需要企业需要研究的课题,但是可以通过选择不同厂家的产品或型号来尽可能减少Rj-a值。

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LED灯具中,LED的传热途径相当复杂,主要的途径就是LED-PCB-heatsink-fluid,作为灯具的设计者,真正有意义的工作是优化灯具材料和散热的结构尽可能的减少LED元件与流体之间的热阻。

作为电子元件的安装的载体,LED元件还是主要以焊接的方式与电路板连接,金属基的电路板的总体热阻相对较小,常用的有铜基板和铝基板,铝基板因价格相对较低而得到业界的广泛采用。铝基板的热阻因不同厂家的工艺而有所差异,大致的热阻在0.6-4.0°C/W,价格相差也比较大。铝基板一般有3个物理层,线路层、绝缘层、基板层。一般的电绝缘物质的导热能力也很差,因此热阻主要来自于绝缘层,且因采用的绝缘材料差别较大。其中以陶瓷基绝缘介质热阻最小。相对便宜的铝基板一般采用的是玻纤绝缘层或树脂绝缘层。热阻大小也与绝缘层厚度正相关。

在兼顾成本与性能的条件下,合理的选择铝基板类型和铝基板面积。相对的,正确设计散热器外形和散热器与铝基板的最佳连接才是灯具设计的成败的关键所在。决定散热能力大小的真正因素是散热器与流体的接触面面积和流体的流速。一般的LED灯具都是采用自然对流的方式来被动散热,热辐射也是主要的散热方式之一。

因此我们可以分析出LED灯具散热失败的原因:

1.LED光源热阻大,光源热散不出,使用导热膏会使散热运动失败。

2.使用铝基板作为PCB连接光源,因铝基板有多重热阻,光源热传不出,使用导热膏会使散热运动失败。

3.没有一定空间给发光面进行热缓冲,会造成LED光源的散热失败,光衰提前。以上三类原因为现在行业中LED照明设备散热失败的主要原因,没有较为彻底的解决办法。一些大公司将灯珠一体化封装运用陶瓷衬底散热,但是由于成本较高无法得到普遍使用。

因此还提出了一些改善方法:

1.LED灯具的散热器的表面粗化是有效改善散热能力的方式之一。表面粗化,就是不采用光滑面,可以物理和化学方法达到,一般就是喷砂和氧化的方法,着色也是一种化学方法,可以和氧化一道完成。

型材磨具设计时,可以在表面加些筋道,增加表面积来改善LED灯的散热能力。提高热辐射能力的常用方式是采用黑色着色的表面处理。虽然LED在生活中处处可见,但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备,这样才能设计出更加符合生活所需的产品。

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