LED 基本知识及热学分析

一．LED灯珠封装组成及各部分对性能的影响

芯片+导电银胶+支架+荧光粉+硅胶透镜，

荧光粉涂抹方式对白光LED发光分布与色温均匀度影响很大， 支架的导热与封装工艺对散热影响很大，

封装原材料选择：芯片，基板，支架，散热器和填充材料必须是低热阻，高导热率的材料。

二． LED 的恒流驱动知识及常见四种驱动电路

用白色LED 为显示器或其他照明设备作背光源时，需要对其进行恒流驱动，主要原因是： LED 正向导通电压的典型值3.0V~4.0V，驱动电流为20mA。如果只是用一个固定的 正向电压驱动LED，可能会产生变化范围较大的正向电流。图1 给出了6 个随机的白色LED的 正向电流随正向电压的变化关系曲线，如果用3.4V驱动这6 只LED，相应的正向电流差别较大：10mA~44mA，取决于具体的LED 特性曲线。

为保证可靠性，驱动LED 的电流必须低于LED 额定值的要求，典型最大值一般为30mA， 但是，从图2 可以看出：当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到50℃时 电流需在20mA 以内。通过观察图1、图2 不难得出这样的结论：只是用恒压方式驱动白色LED 的方案可靠性较差。另外，用恒定电流驱动白色LED 还可以获得亮度和色度的一致性。图

常见四种驱动电路

LED灯具的散热通道 散热 LED PN结 衬底 芯片级 共晶焊接 金属芯线路板 器件级 焊料与粘接料 接触层 散热器 灯具级 大气

热学设计原则

总原则是使芯片，器件，灯具结构具有低热阻和高效散热器使芯片上产生的热量，能通畅地传到散热器上，并有效散发到环境中去。 LED 灯具总热阻就是结构层热阻之和 从热学分析的角度，可得出如下几条设计原则 1． 结构层越少越好； 2． 层的厚度越薄越好； 3． 层的面积越大越好；

4． 面积一定时，长形与环形较好； 5． 材料的热导系数越大越好

经验数据 1W LED 散热面积21（L）*16（W）*40（H）（MM）。 相关材料的导热系数

热导系数的单位为W/MK，即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温度为绝对温度1K 时的热导功率。（1K=1C） 材料 SI SiC AL203(蓝宝石) SiO2 GaAs InGaN 导热硅脂 银胶 Au-Sn(80-20) 热导系数（W/MK） 125-150 283 35-40 1.2 44-58 170 0．5—2.0 1.5-25 57.3 材料 银 铜 金 铝 AL6063铝合金 AL1070铝合金 黄铜 铟 锡 热导系数（W/MK） 427 398 315 237 201 226 109 81--86 67

LED路灯热学设计

1. R1-3 芯片热阻

采用MVPLED 金属衬底 热阻0.19C/W 正装蓝宝石100UM 薄衬底 2.91C/W 正装蓝宝石150UM 厚衬底 4.37C/W 2. R3—5 焊线热阻

采用MVPLED AuSn共晶 0.23C/W MVPLED 银浆 2.23C/W 蓝宝石100UM 银浆 4.95C/W 蓝宝石150UM 银浆 6.41C/W 功率LED不同结构热阻的比较

1. 正装晶片/银胶固晶 7.60C/W 2. 正装晶片/共晶固晶 3.77 3.硅衬底金球倒芯片/银胶固晶 5.84 4. 硅衬底金球倒芯片/共晶固晶 4.30 5.A/N封底共晶倒芯片/银胶固晶 3.62 6. A/N封底共晶倒芯片/共晶固晶 2.09 7.MV芯片/共晶固晶 1.22

1W功率器件RT已从四年前25C/W下降到目前的5—9C/W；MVPLED共晶技术的采用已降到3.2—3.8C/W 3．R5—6焊接或粘接层

焊粘热导系数比粘接物高几十倍，尽可能采用焊料层薄 4. R7—8 接触层与散热器之间的接触

平面之间的硬接触在加导热硅脂是通用选择，接触面要尽可能平，要大。 5. R8—9散热器

在LED路灯上，一般采用热导系数高的铝合金压铸或拉伸均可，关键是表面积要尽可能大，有利于形成气流，雨水冲刷灰尘，不至于积土后影响散热。

6. 驱动电源也产生热量，尽可能远离LED灯具，以免加大LED温升