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最新一代LED灯具散热结构及原理解析

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放大字体  缩小字体    发布日期:2011-01-14  来源:中国建材第一网  作者:admin  浏览次数:418
核心提示:發光二極管(LightEmittinDiode,LED)作為新一代固態光源,具有壽命長、高效節能、綠色環保等眾多優點,被廣泛地應用到顯示照明領域中隨著科技發展,先進技術不斷地應用於半導體生產中,以使LED的發光效率不斷提升,成本持續下降。 LED的核心部分是PN結,註人的電子與空穴在PN結復合時把電能直接轉換為光能,但是並不是所有轉換的光能都夠發射到LED外,它會在PN結和環氧樹脂/矽膠內部被吸收片轉化熱能這種熱能是對燈具產生巨大副作用,如果不能有效散熱,會使LED內部溫度升高,溫度越高,LED

    发光二极管(LightEmittinDiode,LED)作为新一代固态光源,具有寿命長、高效节能、绿色环保等众多优点,被广泛地应用到显示照明領域中随着科技发展,先进技术不断地应用于半导体生产中,以使LED的发光效率不断提升,成本持续下降。

    LED的核心部分是PN結,注人的电子与空穴在PN結复合时把电能直接转换为光能,但是并不是所有转换的光能都够发射到LED外,它会在PN結和环氧树脂/硅胶内部被吸收片转化热能這种热能是对灯具产生巨大副作用,如果不能有效散热,会使LED内部温度升高,温度越高,LED的发光效率越低,且LED的寿命越短,严重情况下,会导致LED晶片立刻失效,所以散热仍是大功率LED应用的巨大障碍。

    現有散热技术現有散热技术:101为散热铝型材;102为导热硅胶垫片/硅脂;103一106組成铝基板,其中103为铝板,104为绝缘层,105为敷铜层,106为阻焊层201一204組成LED灯,其中201为电极,202为LED底座,203为LED的PN結,204为硅胶,然后使用锡膏將LED焊接与铝基板的敷铜层上如图l黑色箭头所示:LED的PN結发出的热量经过LED底座一锡膏焊接层一敷铜层一绝缘层一铝板一导热硅胶垫片/硅脂一散热铝型材一散发于空气中,這样完成散热过程。

    LED底座导热系數约为80W//mk;锡膏焊接层导热系數大于60W/mk;敷铜层的导热系數约为40OW/mk,铝板和铝型材的导热系數约为200W/mk,绝缘层的导热系數约为Iw/mk,导热硅胶垫片/硅脂约为SW/mk,但是越靠近LED的PN結,热流密度越高,且导热硅胶片/硅脂已经有铝板横向导热均温了,這样绝缘层的热流密度要比导热硅胶垫片/硅脂的热流密度高很多,所以综上所述,可以明显看出散热瓶颈在于铝基板的绝缘层。

    LED灯具散热新技术既然散热瓶颈是铝基板上的绝缘层,那么,对于热电分离的LED来说,就可以使用如下新的加工工艺处理铝基板,大大增强LED灯具散热能力如图2所示:在铝基板的原LED底座下的位置,钻孔去掉敷铜层和绝缘层,裸露出铝板,但是铝是无法直接焊锡的,还需要在裸露的铝板上镀上能够焊锡金属层经过反复的研究探讨和加工验证,采用如下的加工工艺:首先在裸露的铝板上沉锌,再在锌面上镀镍,然后在镍上镀铜,最后在铜上喷锡或沉金采用以上加工順序加工的镀层附着力强,导热性能好,经过以上镀层工艺后就可以把LED焊接在铝板上了。

    新的铝基板加工工艺焊接完成后,LED的PN結发出的热量经过LED底座一锡膏焊接块一铝板一导热硅胶垫片/硅脂一散热铝型材一散发于空气中,去除了导热系數非常小的绝缘层后,大大增强了。

    新旧工艺的LED灯具温度对比散热能力为了比较新工艺增强散热的真实效果,我们分别使用新旧加工工艺制作兩款相同的型号的LED灯具,并在相同的条件测试LED灯具各点的温度,在新的加工工艺下,LED灯具中的LED底座的温度明显下降了4.6,起到了很好的散热效果,能够大大增加LED灯具的稳定和寿命。

 
 
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