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LED 结温

1. LED 的结温

LED 的基本结构是一个半导体的 P-N 结。实验指出，当电流流过 LED元件时，P-N 结的温度将上升，严格意义上说，就把 P-N 结区的温度定义为LED的结温。通常由于元件芯片具有很小的尺寸 ，因此也可把 LED芯片的温度视之为结温 。

产生 LED 结温的原因：

在 LED工作时 ，可存在以下五种情况促使结温不同程度的上升。

（1 ）元件不良的电极结构，视窗层衬底或结区的材料以及 导电银胶等均存在一定的电阻值 ，这些电阻相互累加 ，构成LED 元件的串联电阻。当电流流过P-N 结时，同时也会流过这些电阻，从而产生焦耳热，引致芯片温度或结温的升高 。

（2）由于 P-N 结不可能较端** ，元件的注入效率不会达到100 %，也即是说，在 LED 工作时除P区向N区注入电荷（空穴）外，N 区也会向 P 区注入电荷（电子〉 ，一般情况下 ， 后一类的电荷注人不会产生光电效应，而以发热的形式消耗掉了。即使有用的那部分注入电荷，也不会全部变成光 ，有一部分与结区的杂质或缺陷相结合，较终也会变成热 。

（3）实践证明，出光效率的限制是导致 LED 结温升高的主要原因 。目前，先进的材料生长与元件制造工艺已能使LED绝 大多数输入电能转换成光能，然而由于LED 芯片材料与周围介 质相比，具有大得多的折射系数，致使芯片内部产生的较大部分光子 （>90 %）无法顺利地溢出界面，而在芯片与介质界面 产生全反射 ，返回芯片内部并通过多次内部反射较终被芯片材 料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高 。

（4）显然，LED元件的热散失能力是决定结温高低的又一个关键条件。散热能力强时，结温下降，反之，散热能力差时结温将上升。由于环氧胶是低热导材料 ，因此P-N结处产生的热量很难通过透明环氧向上散发到环境中去  ，大部分热量通过 衬底 、银浆 、管壳 、环氧蒙古接层 ，PCB 与热沉向下发散 。显然 ， 相关材料的导热能力将直接影响元件的热散失效率  。一个普通型的LED，从 P-N 结区到环境温度的总热阻在300~600 ℃／W 之间，对于一个具有良好结构的功率型 LED元件，其总热阻约为 15~30℃／W。巨大的热阻差异表明普通型LED元件只能在很小的输入功率条件下，才能正常地工作，而功率型元件的耗散功率可大到瓦级甚至更高。