關(guān)鍵字：LED 散熱
   LED的散熱現(xiàn)在越來越為人們所重視，這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)溫就高，壽命就短，依照阿雷紐斯法則溫度每降低10℃壽命會延長2倍。從Cree公司發(fā)布的光衰和結(jié)溫的關(guān)系圖（圖1）中可以看出，結(jié)溫假如能夠控制在65°C，那么其光衰至70％的壽命可以高達10萬小時！這是人們夢寐以求的壽命，可是真的可以實現(xiàn)嗎？是的，只要能夠認真地處理它的散熱問題就有可能做到！遺憾的是，現(xiàn)在實際的LED燈的散熱和這個要求相去甚遠！以致LED燈管的壽命變成了一個影響其性能的主要問題，所以必須要認真對待！
圖1.光衰和結(jié)溫的關(guān)系
    而且，LED燈管結(jié)溫不但影響長時間壽命，也還直接影響短時間的發(fā)光效率，例如Cree公司的XLamp7090XR-E的發(fā)光量和結(jié)溫的關(guān)系如圖2所示。
圖2.結(jié)溫和發(fā)光量的關(guān)系
    假如以結(jié)溫為25度時的發(fā)光為100%，那么結(jié)溫上升至60度時，其發(fā)光量就只有90%；結(jié)溫為100度時就下降到80%；140度就只有70%�？梢姼纳粕�熱，控制結(jié)溫是十分重要的事。
    除此以外LED的發(fā)熱還會使得其光譜移動；色溫升高；正向電流增大（恒壓供電時）；反向電流也增大；熱應(yīng)力增高；熒光粉環(huán)氧樹脂老化加速等等種種問題，所以說，LED的散熱是LED燈管的設(shè)計中最為重要的一個問題。
    第一部分LED芯片的散熱
    一.結(jié)溫是怎么產(chǎn)生的
    LED發(fā)熱的原因是因為所加入的電能并沒有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是一部分轉(zhuǎn)化成為熱能。LED的光效目前只有100lm/W，其電光轉(zhuǎn)換效率大約只有20~30%左右。也就是說大約70%的電能都變成了熱能。
    具體來說，LED結(jié)溫的產(chǎn)生是由于兩個因素所引起的。
    1．內(nèi)部量子效率不高，也就是在電子和空穴復(fù)合時，并不能100％都產(chǎn)生光子，通常稱為由“電流泄漏”而使PN區(qū)載流子的復(fù)合率降低。泄漏電流乘以電壓就是這部分的功率，也就是轉(zhuǎn)化為熱能，但這部分不占主要成分，因為現(xiàn)在內(nèi)部光子效率已經(jīng)接近90％。
    2．內(nèi)部產(chǎn)生的光子無法全部射出到芯片外部而最后轉(zhuǎn)化為熱量，這部分是主要的，因為目前這種稱為外部量子效率只有30％左右，大部分都轉(zhuǎn)化為熱量了。
    雖然白熾燈的光效很低，只有15lm/W左右，但是它幾乎將所有的電能都轉(zhuǎn)化為光能而輻射出去，因為大部分的輻射能是紅外線，所以光效很低，但是卻免除了散熱的問題。
    二.LED燈管中LED芯片到底板的散熱
    LED芯片的特點是在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生極高的熱量。而LED本身的熱容量很小，所以必須以最快的速度把這些熱量傳導(dǎo)出去，否則就會產(chǎn)生很高的結(jié)溫。為了盡可能地把熱量引出到芯片外面，人們在LED的芯片結(jié)構(gòu)上進行了很多改進。
    為了改善LED芯片本身的散熱，其最主要的改進就是采用導(dǎo)熱更好的襯底材料。早期的LED只是采用Si硅作為襯底。后來就改為藍寶石作為襯底。但是藍寶石襯底的導(dǎo)熱性能不是太好，（在100°C時約為25W/（m-K）），為了改善襯底的散熱，Cree公司采用碳化硅硅襯底，它的導(dǎo)熱性能（490W/（m-K））要比藍寶石高將近20倍。而且藍寶石要使用銀膠固晶，而銀膠的導(dǎo)熱也很差。而碳化硅的唯一缺點是成本比較貴。目前只有Cree公司生產(chǎn)以碳化硅為襯底的LED。
圖3.藍寶石和碳化硅襯底的LED結(jié)構(gòu)圖
    采用碳化硅作為基底以后，的確可以大為改善其散熱，但是其成本過高，而且有專利保護。最近國內(nèi)的廠商開始采用硅材料作為基底。因為硅材料的基底不受專利的限制。而且性能還優(yōu)于藍寶石。唯一的問題是GaN的膨脹系數(shù)和硅相差太大而容易發(fā)生龜裂，解決的方法是在中間加一層氮化鋁（AlN）作緩沖。
   襯底材料導(dǎo)熱系數(shù) W/(m·K)膨脹系數(shù) (x10E-6)穩(wěn)定性導(dǎo)熱性成本ESD (抗靜電)
碳化硅(SiC)490-1.4良好高好
藍寶石(Al2O3)461.9一般差為SiC的1/10一般
硅(Si)1505~20良好為藍寶石的1/10好
    LED芯片封裝以后，從芯片到管腳的熱阻就是在應(yīng)用時最重要的一個熱阻，一般來說,芯片的接面面積的大小是散熱的關(guān)鍵，對于不同的額定功率，要求有相應(yīng)大小的接面面積。也就表現(xiàn)為不同的熱阻。幾種類型的LED的熱阻如下所示：
類型草帽管食人魚1W面發(fā)光
熱阻  oK/W150-200508-155
    早期的LED芯片主要靠兩根金屬電極而引出到芯片外部，最典型的就是稱為ф5或F5的