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大功率LED热阻的计算
2013-08-21 | 阅
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1.热阻是指热量传递通道上两个参点之间的温度差与两点间热量传输速率的比值:
Rth=△T/qx  (1)
其中:Rth=两点间的热阻(℃/W或K/W),ΔT=两点间的温度差(℃),qx=两点间热量传递速率(W)。
2. 热传导模型的热阻计算
Rth=L/λS    (2)
其中: L为热传导距离(m),S为热传导通道的截面积(m2),λ为热传导系数(W/mK)。越短的热传导距离、越大的截面积和越高的热传导系数对热阻的降低越有利,这要求设计合理的封装结构和选择合适的材料。
3. 大功率LED的热阻计算
(1) 根据公式(1),晶片上P-N结点到环境的总热阻:
Rthja = △Tja/Pd = (Tj-Ta)/Pd
其中: Pd = 消散的功率(W)≈正向电流If * 正向电压Vf,
ΔTja=Tj-Ta= 结点温度 - 环境温度 。
(2)设定晶片上P-N结点生成的热沿着以下简化的热路径传导:结点→热沉→铝基散热电路板→空气/环境(见图1),则热路径的简化模型就是串联热阻回路,如图2表示:

P-N结点到环境的总热阻:
Rthja = Rthjs + Rthsb + Rthba
图2中所示散热路径中每个热阻抗所对应的元件介于各个温度节点之间,其中:Rthjs(结点到热沉) = 晶片半导体有源层及衬底、粘结衬底与热沉材料的热阻;
Rthsb(热沉到散热电路板) = 热沉、连结热沉与散热电路板材料的热阻;
Rthba(散热电路板到空气/环境)= 散热电路板、表面接触或介于降温装置和电路板之间的粘胶和降温装置到环境空气的组合热阻。
根据公式(2),如果知道了个材料的尺寸及其热传导系数,可以求出以上各热阻,进而求得总热阻Rthja。
以下是几种常见的1W大功率LED的热阻计算:以Emitter(1mm×1mm晶片)为例,只考虑主导热通道的影响,从理论上计算P-N结点到热沉的热阻Rthjs。
A、正装晶片/共晶固晶

B、正装晶片/银胶固晶

C、si衬底金球倒装焊晶片/银胶固晶

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