高亮度LED之“封裝熱導”原理技術探析 -散熱風扇影響之二

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散熱問題不解決有哪里些副作用?一定要選好散熱風扇廠家,買更好的散熱風扇
  好!倘若不解決散熱問題,而讓LED的熱無法排解,進而使LED的工作溫度上升,如此會有什么影響嗎?散熱風扇關于此更主要的影響有二:(1)發光亮度減弱、(2)使用壽命衰減。
  舉例而言,當LED的p-n接面溫度(Junction Temperature)為25℃(典型工作溫度)時亮度為100,而溫度升高至75℃時亮度就減至80,到125℃剩60,到175℃時只剩40。很明顯的,散熱風扇接面溫度與發光亮度是呈反比線性的關系,溫度愈升高,LED亮度就愈轉暗。
  溫度對亮度的影響是線性,但對壽命的影響就呈指數性,同樣以接面溫度為準,若一直保持在50℃以下使用則LED有近20,000小時的壽命,75℃則只剩10,000小時,100℃剩5,000小時,125℃剩2,000小時,150℃剩1,000小時。溫度光從50℃變成2倍的100℃,使用壽命就從20,000小時縮成1/4倍的5,000小時,傷害極大。
  裸晶層:光熱一體兩面的發散源頭:p-n接面
  關于LED的散熱我們同樣從更核心處逐層向外討論,散熱風扇一起頭也是在p-n接面部分,解決方案一樣是將電能盡可能轉化成光能,而少轉化成熱能,也就是光能提升,熱能就降低,以此來降低發熱。
  如果更進一步討論,電光轉換效率即是內部量子化效率(Internal Quantum Efficiency;IQE),今日一般而言都已有70%90%的水平,真正的癥結在于外部量子化效率(External Quantum Efficiency;EQE)的低落。
  以Lumileds Lighting公司的Luxeon系列LED為例,Tj接面溫度為25℃,順向驅動電流為350mA,如此以InGaN而言,隨著波長(光色)的不同,其效率約在5%27%之間,波長愈高效率愈低(草綠色僅5%,藍色則可至27%),而AlInGaP方面也是隨波長而有變化,但卻是波長愈高效率愈高,效率大體從8%40%(淡黃色為低,橘紅更高)。

  備注:從Lumileds公司Luxeon系列LED的橫切面可以得知,矽封膠固定住LED裸晶與裸晶上的螢光質(若有用上螢光質的話),然后封膠之上才有透鏡,而裸晶下方用焊接(或導熱膏)與矽子鑲嵌芯片(Silicon Sub-mount Chip)連接,散熱風扇此芯片也可強化ESD靜電防護性,往下再連接散熱塊,部分LED也直接裸晶底部與散熱塊相連。


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