0 引言
目前,LED的发光效率仅能达到10%~20%,其余80%~90%的热量转化为热能,这样将导致芯片内pn结结温的升高。这种由温升引起的热效应将使芯片的发射光谱红移,导致荧光粉量子效率降低,影响出光效率;使辐射波长发生变化引起白光LED色温、色度变化,加速荧光粉及器件的老化,继而严重影响其使用寿命和可靠性[1]。因此,解决好散热问题是功率型LED 封装的关键。在功率型LED封装中必须从散热的角度对芯片电极特性、芯片键合材料、基板材料等进行分析和优化。
本文在建立功率型LED 封装热学模型的基础上,采用ANSYS有限元软件比较了四种不同键合材料LED封装结构的温度场分布,并通过测试结温验证仿真结果的真实性,得出了一些重要结论,对功率型LED散热研究具有重要的理论和工程价值。
1 功率型LED热学模型
功率型LED 的内部结构及散热通道如图1所示。由于作为透镜的硅胶和作为封装外壳的聚苯乙烯塑料导热性能差,芯片产生的热量绝大部分只能通过LED芯片衬底、内部热沉(如黄铜)传到金属芯线路板(如铝材)上,再传到外部热沉和环境对流换热散发到空气中,这意味着必须选择高导热材料才能获得好的散热效果。
图1 功率型LED内部结构和散热通道
LED主要用热阻表征其热学特征,其定义为
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