LED制造技术与应用
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(a)风冷散热器的原理很简单:芯片耗散的热量通过粘接材料传导到
金属底座上，再传导到散热片上，通过自然对流或强制对流把热量散发 到空气中。传导和对流是两种主要的传热方式。 1、 采用导热性能好的材料作散热器：常用的散热器材主要是铝和铜。 2、 增大散热器的散热面积：散热面积越大，其热容量越大。为提高换 热系数，可采用波纹状肋面制造紊流。 3、 强迫风冷：选择合适的风扇或鼓风机，加快散热片周围空气的流动 ，可以改善气流组织，提高对流换热系数，从而改善散热效果。
LED制造技术与应用
(十二) 与LED应用有关的技术问题介绍
2012-5-9
1
与LED应用有关的技术问题介绍
一. LED的驱动方式 二. LED的散热技术 三. LED的光学设计 四. LED的防静电控制
2
2. LED的驱动方式
LED的驱动方式一般使用恒定电流源和恒定电压源进行控制。
2-1 LED的恒定电流源驱 动：
要用导热介质 • 。。。。。
1 3
需要考虑的因素
(1) 用导热性能好的材料
LED散热选材原则: ①导热性能好——相对其它固体材料，金属具有更好的热传导能力； ②易于加工——延展性好，高温相对稳定，可采用各种加工工艺； ③易获取——金属，但供货量大，不需特殊工序，价格也相对低廉；
铝的导热系数较高，加工性能好，表面处理技术成熟且成本低廉， 现阶段主要通过铝制散热器进行散热。铝制散热器表面处理技术成 熟，可通过阳极氧化来提高表面辐射率，增加辐射热交换。
针状散热器
珠海南科首次把针状散热器应用至LED路灯中，据说这 可以使LED的结温降低15度以上，提高了LED的寿命。
4-1 晶片层级散热技术-衬底的选择
4-2 封装层级散热技术-热沉的选择
热
传
4-3 PCB层级散热技术
导
4-4 界面散热技术
热热
4-5 系统模组层级散热技术(散热片设计) 对 辐 流射
9
4-5 系统模组层级散热技术(散热器设计)
10
11
4-5-1常用的散热器技术
目前常用的散热技术有风冷、水冷、微管道散热、热管技术等。
辐射散热能力提升主要通过提高散热器表面发射率来实现，常用方 法是表面做涂漆，喷沙提高粗糙度，阳极氧化等措施。辐射对散热 在自然散热条件下有一定影响，强迫空冷基本没有效果，并且一般 散热器发射率的差异不大，在产品中一般不作重点考虑。
20
21
(7)增加对流
对于散热器来说，除了加大面积以外，如何加速空气的对流是很重要的事。 为了在各种风向情况下都能有很好的对流，最好采用针状鳍片散热器。 但这也减小了其等效散热面积很大的百分比。
图2.1 LED的恒流驱动(串联)
√
图2.2 LED的恒流驱动(并联)
分选，测试
3
2-2 LED的恒定电压源驱动：
图2.1 LED的恒压驱动(串联)
图2.2 LED的恒压驱动(并联)
每种驱动方式均有优缺点，根据LED产品的要求、应用场合，合理选 用LED驱动方式，精确设计驱动电源成为关键。
一般的整流电路的输出电压随着电网电压的波动也会变化，由此可知， 采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的特性。 因此，LED驱动通常采用恒流源驱动。
6
3-2 热量传递的三种基本方式：
7源自文库
4、LED散热技术介绍
Rj1：芯片基板的热阻
Rj5：热沉的热阻 Rj6：铝基板PCB的热阻 Rj7：散热器热阻
Rj2：焊料的热阻 Rj3：焊料的热阻 Rj4：导热硅胶的热阻
LED的热流模型
所以从芯片产生的热量到空气的总热阻就应该是： Rja=Rj1 + (Rj2 + Rj3 + Rj4) + Rj5 + Rj6 + Rj7 8
18
(4)散热片的长度
结温和长度的关系
加大长度也是加大面积的一个方法。但是并不是长度越长越好。 由图可知长度增加到一定程度后，结温不但不再降低，反而会升高。这是因 为空气在沿长度方向的流动受到阻碍所致(主要对于垂直放置的鳍片为如此)。
19
(5)散热片的摆放位置
(6) 用放热系数较大的表面处理，提高发射率。 (铝一般用喷漆或者阳极氧化)
14
如上图，在LED背面铝基板加散热U型板或者类似可以直接传导 散热的导热材料，这种方法适用于10瓦以下的散热设计，但这 种方式的散热部件必须有足够小的热阻和足够大的散热面积。
15
(2)散热器的整个有效面积要考虑的因素
散热器采用鳍片的形状是为了加大散热面积。以利于辐射散热和对流散热。 散热器的最重要指标就是它的散热面积A，但是散热器的不同部位的散热效 果是不同的。在根部的散热效果就差，而在顶部的散热效果就好。所以散 热器有一个有效散热面积。它通常是实际面积的70%左右。从经验得出， 一般要散1W功率的热量大约需要50-60平方厘米的有效散热器面积。
(b) 水冷又称为液冷。它的散热效率高，热传导率为传统风冷方
式的20倍以上，且无风冷散热的高噪音，能较好地解决降温和降噪问题 。水冷散热装置大致可分为微型水泵、循环管、吸热盒和散热片四个部 分。
12
4-5-2 散热器设计需要考虑的因素
• 用导热性能好的材料 • 散热器的整个有效面积要考虑的因素 • 散热片之间的距离 • 散热片的长度 • 散热片的厚度 • 散热片的摆放位置 • 用放热系数较大的表面处理 • 为了保证模组和散热器之间的热传导,
16
上图是台湾产的一个样灯，是40瓦LED的散热设计，利用增加 和空气的接触面积来给LED散热，保证了LED的光效和寿命。
17
(3)散热片的厚度
LED结温随散热器的高度增加而降低
为了加大散热面积，通常会采用增加高度的方法。但是，高度增加到一定 程度以后其作用会越来越小。下图表明增加高度对于降低结温的影响的一 个例子。由图中可以看出，高度增加到40mm以后，结温的降低就很慢了。
理想的LED驱动方式是采用恒压、恒流方式，但驱动器的成本会增加。
4
2-3 典型LED驱动电路(实现恒流，恒压的电路) 2-3-1 镇流电阻方案。 2-3-2 镇流电容(降压)电路 2-3-3 线性恒流驱动电路 2-3-4、开关恒流驱动电路
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与LED应用有关的技术问题介绍
一. LED的驱动方式 二. LED的散热技术 三. LED的光学设计 四. LED的防静电控制
金属底座上，再传导到散热片上，通过自然对流或强制对流把热量散发 到空气中。传导和对流是两种主要的传热方式。 1、 采用导热性能好的材料作散热器：常用的散热器材主要是铝和铜。 2、 增大散热器的散热面积：散热面积越大，其热容量越大。为提高换 热系数，可采用波纹状肋面制造紊流。 3、 强迫风冷：选择合适的风扇或鼓风机，加快散热片周围空气的流动 ，可以改善气流组织，提高对流换热系数，从而改善散热效果。
LED制造技术与应用
(十二) 与LED应用有关的技术问题介绍
2012-5-9
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与LED应用有关的技术问题介绍
一. LED的驱动方式 二. LED的散热技术 三. LED的光学设计 四. LED的防静电控制
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2. LED的驱动方式
LED的驱动方式一般使用恒定电流源和恒定电压源进行控制。
2-1 LED的恒定电流源驱 动：
要用导热介质 • 。。。。。
1 3
需要考虑的因素
(1) 用导热性能好的材料
LED散热选材原则: ①导热性能好——相对其它固体材料，金属具有更好的热传导能力； ②易于加工——延展性好，高温相对稳定，可采用各种加工工艺； ③易获取——金属，但供货量大，不需特殊工序，价格也相对低廉；
铝的导热系数较高，加工性能好，表面处理技术成熟且成本低廉， 现阶段主要通过铝制散热器进行散热。铝制散热器表面处理技术成 熟，可通过阳极氧化来提高表面辐射率，增加辐射热交换。
针状散热器
珠海南科首次把针状散热器应用至LED路灯中，据说这 可以使LED的结温降低15度以上，提高了LED的寿命。
4-1 晶片层级散热技术-衬底的选择
4-2 封装层级散热技术-热沉的选择
热
传
4-3 PCB层级散热技术
导
4-4 界面散热技术
热热
4-5 系统模组层级散热技术(散热片设计) 对 辐 流射
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4-5 系统模组层级散热技术(散热器设计)
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4-5-1常用的散热器技术
目前常用的散热技术有风冷、水冷、微管道散热、热管技术等。
辐射散热能力提升主要通过提高散热器表面发射率来实现，常用方 法是表面做涂漆，喷沙提高粗糙度，阳极氧化等措施。辐射对散热 在自然散热条件下有一定影响，强迫空冷基本没有效果，并且一般 散热器发射率的差异不大，在产品中一般不作重点考虑。
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21
(7)增加对流
对于散热器来说，除了加大面积以外，如何加速空气的对流是很重要的事。 为了在各种风向情况下都能有很好的对流，最好采用针状鳍片散热器。 但这也减小了其等效散热面积很大的百分比。
图2.1 LED的恒流驱动(串联)
√
图2.2 LED的恒流驱动(并联)
分选，测试
3
2-2 LED的恒定电压源驱动：
图2.1 LED的恒压驱动(串联)
图2.2 LED的恒压驱动(并联)
每种驱动方式均有优缺点，根据LED产品的要求、应用场合，合理选 用LED驱动方式，精确设计驱动电源成为关键。
一般的整流电路的输出电压随着电网电压的波动也会变化，由此可知， 采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的特性。 因此，LED驱动通常采用恒流源驱动。
6
3-2 热量传递的三种基本方式：
7源自文库
4、LED散热技术介绍
Rj1：芯片基板的热阻
Rj5：热沉的热阻 Rj6：铝基板PCB的热阻 Rj7：散热器热阻
Rj2：焊料的热阻 Rj3：焊料的热阻 Rj4：导热硅胶的热阻
LED的热流模型
所以从芯片产生的热量到空气的总热阻就应该是： Rja=Rj1 + (Rj2 + Rj3 + Rj4) + Rj5 + Rj6 + Rj7 8
18
(4)散热片的长度
结温和长度的关系
加大长度也是加大面积的一个方法。但是并不是长度越长越好。 由图可知长度增加到一定程度后，结温不但不再降低，反而会升高。这是因 为空气在沿长度方向的流动受到阻碍所致(主要对于垂直放置的鳍片为如此)。
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(5)散热片的摆放位置
(6) 用放热系数较大的表面处理，提高发射率。 (铝一般用喷漆或者阳极氧化)
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如上图，在LED背面铝基板加散热U型板或者类似可以直接传导 散热的导热材料，这种方法适用于10瓦以下的散热设计，但这 种方式的散热部件必须有足够小的热阻和足够大的散热面积。
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(2)散热器的整个有效面积要考虑的因素
散热器采用鳍片的形状是为了加大散热面积。以利于辐射散热和对流散热。 散热器的最重要指标就是它的散热面积A，但是散热器的不同部位的散热效 果是不同的。在根部的散热效果就差，而在顶部的散热效果就好。所以散 热器有一个有效散热面积。它通常是实际面积的70%左右。从经验得出， 一般要散1W功率的热量大约需要50-60平方厘米的有效散热器面积。
(b) 水冷又称为液冷。它的散热效率高，热传导率为传统风冷方
式的20倍以上，且无风冷散热的高噪音，能较好地解决降温和降噪问题 。水冷散热装置大致可分为微型水泵、循环管、吸热盒和散热片四个部 分。
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4-5-2 散热器设计需要考虑的因素
• 用导热性能好的材料 • 散热器的整个有效面积要考虑的因素 • 散热片之间的距离 • 散热片的长度 • 散热片的厚度 • 散热片的摆放位置 • 用放热系数较大的表面处理 • 为了保证模组和散热器之间的热传导,
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上图是台湾产的一个样灯，是40瓦LED的散热设计，利用增加 和空气的接触面积来给LED散热，保证了LED的光效和寿命。
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(3)散热片的厚度
LED结温随散热器的高度增加而降低
为了加大散热面积，通常会采用增加高度的方法。但是，高度增加到一定 程度以后其作用会越来越小。下图表明增加高度对于降低结温的影响的一 个例子。由图中可以看出，高度增加到40mm以后，结温的降低就很慢了。
理想的LED驱动方式是采用恒压、恒流方式，但驱动器的成本会增加。
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2-3 典型LED驱动电路(实现恒流，恒压的电路) 2-3-1 镇流电阻方案。 2-3-2 镇流电容(降压)电路 2-3-3 线性恒流驱动电路 2-3-4、开关恒流驱动电路
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与LED应用有关的技术问题介绍
一. LED的驱动方式 二. LED的散热技术 三. LED的光学设计 四. LED的防静电控制