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解析LED熱阻結構測量與分析技術進展
2016-6-20

   LED産品的熱性能對于LED産品的光色電性能和可靠性、使用壽命影響很大,因此其熱管理設計和測量十分重要。與傳統的測量整個器件的熱性能不同,對熱阻結構的分析和測量能夠得到器件内部的熱阻分布情況,從而更为全面地評价LED産品的熱性能,并可準确找出熱管理中的薄弱環節,對産品的二次設計發揮重要指導作用。本文詳述了熱阻結構測量的原理和最新技術進展,并采用我國自主研發的熱阻測量設備對實際樣本進行對比試验分析,得到了良好的分析結果。

  1. 概述:

  LED固體光源具有效率高、壽命长,應用靈活、無污染等優點,目前已廣泛應用于照明領域。然而LED所消耗的電能中,多數轉化成了熱能,使芯片溫度明顯升高,而溫度對LED性能具有重要的影響,包括色溫改變、效率下降、降低壽命和可靠性等。因此,提高LED熱管理性能成为大功率LED結構設計中亟需解決的關鍵技術環節。

  常用的LED熱管理分析技術包括使用熱設計軟件仿真和使用熱阻分析設備進行測量。前者通常用于LED的熱管理設計;而後者着重于對實際樣品的熱阻測量和分析,以檢验設計方案的實際效果和産品質量,并改進制造工藝或指導二次設計。

  2. 熱阻基本原理

  LED的散熱通過三種方式進行:熱傳導,對流,熱輻射。在LED内部,熱傳導是主要的散熱途徑,其熱傳導性能取決于介質的熱阻抗。熱阻抗由熱阻和熱容共同決定。其中熱阻的定義为: 。式中ΔT为溫差,Rth为熱阻,P为熱功率。

  如圖1所示,将熱流與電流相對應,電勢與溫度相對應,則熱阻與電阻相對應,熱容與電容相對應。對于任意的導熱介質元,可以簡化为一個R-C并聯回路:


R-C并聯回路模型

  當熱流经過該介質單元時,就會在兩端形成溫差。與電路類似,初始時熱量将在熱容中累積,兩端溫差逐漸增大,直至达到熱平衡,此時的熱阻通常所稱的“穩态熱阻”。而在器件达到熱平衡之前,受熱容和熱阻共同影響,器件的結溫不斷變化,對應熱阻也随時間變化,該熱阻稱为“瞬态熱阻”。對瞬态熱阻的測量是熱阻結構測量的基礎。


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