LED的发光原理是直接将电能转化为光能，其电光转化功率大约为20%—30%，光热转化功率大约为70%—80%。跟着芯片尺寸的减小以及功率的大幅度进步，导致LED结温居高不下，引起了光强下降、光谱偏移、色温升高、热应力增高、元器材加快老化等一系列问题，大大下降了LED的运用寿数。结温也是衡量LED封装散热功用的一个重要技能指标，当结温上升超越最大答应温度时(一般为150℃)，大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED封装设备中，散热是约束其开展的瓶颈，也是有必要处理的要害问题。
大功率LED封装散热剖析
下图为LED封装结构图，由图剖分出该封装散热途径如下：(1)LED芯片—封装透镜—外部环境(2)LED芯片—键合层—内部热沉—散热基板—外部环境(3)LED芯片—金线—电极—外部环境。因为封装体内部各资料的导热系数不同，因此大部分热量都是经过第二条散热途径传至外部环境。
LED封装器材的总热阻由各环节的热阻串联而成可表示为：
Rtotal=Rchip+Rchip-TIM+RTIM+RTIM-Cu+RCu+RCu-MCPCB+RMCPCB+RMCPCB-air
其间，Rchip为芯片热阻，Rchip-TIM为芯片与键合层之间的界面热阻，RTIM为键合层的热阻，RTIM-Cu为热界面资料与内部热沉之间的界面热阻，RCu为内部热沉的热阻，RCu-MCPCB为内部热沉与金属线踏板，RMCPCB为金属线踏板的热阻，RMCPCB-air为金属线踏板到空气的热阻。
经过上式剖析可知LED封装器材的总热阻由多个热阻串联而成，很多研讨标明Rchip-TIM+RTIM+RTIM-Cu占总热阻的绝大部分，是影响总热阻的要害因素，因此封装资料(尤其是热界面资料)的挑选对总热阻的影响至关重要。此外，封装结构对大功率LED封装散热也有必定的影响。
影响大功率LED封装散热的主要因素
散热问题是大功率LED封装急需要害处理的难题，散热作用的好坏直接关系到LED路灯的寿数和出光功率。有效地处理大功率LED封装的散热问题，对进步大功率LED封装的可靠性和寿数具有重要作用。为了处理大功率LED封装中的散热问题最直接的办法莫过于挑选适宜的封装结构和封装资料来下降LED封装的内部热阻，保证热量由内向外快速发出。
封装结构
为了处理大功率LED封装中的散热问题，国表里的业界人士开发了多种封装结构。
倒装芯片结构
关于传统的正装芯片，电极坐落芯片的出光面，因此会遮挡部分出光，下降芯片的出光功率。一起，这种结构的PN结发生的热量经过蓝宝石衬底导出去，蓝宝石的导热系数较低且传热途径长，因此这种结构的芯片热阻大，热量不易发出出去。从光学视点和热学视点来考虑，这种结构存在一些缺乏。为了战胜正装芯片的缺乏，2001年Lumileds Lighting公司研制了倒装结构芯片。该种结构的芯片，光从顶部的蓝宝石取出，消除了电极和引线的遮光，进步了出光功率，一起衬底选用高导热系数的硅，大大进步了芯片的散热作用。
微喷结构
Sheng Liu 等人提出了一种微喷结构体系来处理了大功率LED的散热问题。在该密封体系中，流体腔体中的流体在必定的压力作用下在系列微喷口处构成激烈的射流，该射流直接冲击LED芯片基板下外表并带走LED芯片发生的热量，在微泵的作用下，被加热的流体进入小型流体腔体向外界环境开释热量，使本身温度下降，再次流人微泵中开端新的循环。这种微喷结构具有散热效高、LED芯片基板的温度散布均匀等长处，但微泵的可靠性和稳定性对体系的影响很大，一起该体系结构比较复杂增加了运转本钱。
热电制冷结构
热电制冷器是一种半导体器材，其PN结由两种不同的传导资料构成，一种带着正电荷，另一种带着负电荷，当电流经过结点时，两种电荷离开结区，一起带有热量，以到达制冷的意图，其作业原理如下图所示。
与其他大功率LED散热结构比较，热电制冷结构具有节能，小体积，易于与LED模块集成等长处。现在国表里已有部分学者对大功率LED模块上运用热电制冷结构进行了相关研讨。田大垒等人将热电制冷结构运用在LED的散热体系上，并经过试验测验研讨LED以及热电制冷器在不同电流下的冷却情况，并测出LED结温，结果标明，选用热电制冷结构的大功率LED陈设模块能够大大下降器材的作业温度，与不选用该结构比较，基板温度能够下降36%以上，该数据标明将热电制冷结构用在大功率LE D模块上是一种很好的散热方法。
郑同场等人对选用热电制冷结构的50W大功率LED模组体系进行了散热模仿，LED模组体系结构如下图所示，结果标明在某种程度上选用热电制冷的LED模组体系能使LED结温下降而且运用多级半导体制冷对大功率LED模组进行散热有更宽广的研讨价值。
Chun Kai Liu等人对大功率LED上选用热电制冷结构也进行了研讨，结果标明选用热电制冷结构能够有效地将整个LED体系的热阻下降到0，此外该研讨组的成员还对选用热电制冷的1W LED体系进行相关研讨，研讨结果标明LED体系中含有热电制冷体系结构的光效是没有热电制冷体系结构的1.3倍，可见热电制冷体系对LED的热阻及光效都有重要的影响。
封装资料
经过上式的剖析能够看出界面热阻对大功率LED总热阻的影响很大，削减LED总热阻的要害在于怎么削减界面热阻，因此挑选适宜的热界面资料与基板资料十分重要。
热界面资料
现在，LED封装常用的热界面资料有导热胶、导电银胶等。
(a)导热胶
常用导热胶的主要成分是环氧树脂，因此其导热系数较小，导热功用差，热阻大。为了进步其热导功用，通常在基体内部填充高导热系数资料如三氧化二铝、氮化硼、碳化硅等。导热胶具有绝缘、导热、防震、装置便利、工艺简略等长处，但其导热系数很低(一般低于1w/mk)，因此只能运用在对散热要求不高的LED封装器材上。
(b)导电银胶
导电银胶是GeAs、SiC导电衬底LED，具有反面电极的红光、黄光、黄绿芯片LED封点缀胶或备胶工序中要害的封装资料，具有固定粘结芯片、导电和导热、传热的作用，对LED器材的散热性、光反射性、VF特性等具有重要的影响。作为一种热界面资料，现在导电银胶在LED职业中得到广泛的运用。如此一起，部分学者对导电银胶在LED中的运用进行了相关研讨。郝晓光从导电银胶的导电机理、LED封装用高可靠性导电银胶的功用指标、测验技能等方面的要求得出单组分无溶剂室温储存散热型导电银浆是现在LED封装的开展方向，具有杰出的远景。
基板资料
经过以上的剖析，LED封装器材的某条散热途径是从LED芯片到键合层到内部热沉到散热基板最终到外部环境，能够看出散热基板对LED封装散热的重要性，因此散热基板有必要具有以下特征：高导热性、绝缘性、稳定性、平坦性和高强度。
(a)MCPCB
金属基印制板(MCPCB)是在原有的印制电路板粘结在导热系数较高的金属上(铜、铝等)，以到达进步电子器材的散热作用。MCPCB是衔接表里散热通路的要害环节，它有以下功用：①LED芯片的散热通道;②LED芯片的电气衔接;③LED芯片的物理支撑。
MCPCB的长处是本钱比较低，能够大规模出产，但也存在必定的缺陷：①导热系数低，MCPCB的热导率可到达1—2.2W/(m·K)。②MCPCB结构中的绝缘层厚度要适中，既不能太厚也不能太薄。绝缘层太厚增加了整个MCPCB的热阻影响散热作用;绝缘层太薄，假如施加在MCPCB上的电压过高会击穿绝缘层，导致短路。为了进步MCPCB的热导率，李华平等人经过系列试验，将20um到40um等离子微弧氧化(MAO)膜的工艺参数进行优化，将其热导率到达2.3 W/(m·K)，因此MAO—MCPCB基板的热阻更低(低于10K/W)，然后使得该类型的散热基板在LED职业乃至是一般照明职业中将大露头角。
(b)陶瓷基板
由陶瓷烧结而成的基板散热性佳、耐高温、耐湿润、溃散电压、击穿电压也较高，而且其热膨胀系数匹配性佳，有削减热应力及热形变的特色。因此，陶瓷有望成为往后大功率LED封装中的重要基板资料。现在最见用的陶瓷资料主要有氧化铝、氮化铝、氧化铍、碳化硅等。这些常用陶瓷资料的功用见下表。
从上表的数据能够看出，氮化铝、氧化铍、碳化硅这三种资料的导热性比较好，氧化铝的导热性较差，大约是氮化铝的七分之一。但在这三种高导热系数的资猜中，BeO有毒性，若不慎将其吸人肺部会引起肺铍病，现在世界上已有部分国家开端禁用该资料;AlN尽管导热系数高，可是技能门槛相对较高，因此价格也比较高;纯的SiC并不是彻底绝缘的，要使其彻底绝缘有必要增加少数的BeO等资料，而且烧制出的SiC介电常数比较高，并不适合做基板资料;Al2O3除了导热性较差之外，本钱也比较高，可是其具有机械功用好，制造工艺老练、本钱低一级长处。因此，在往后的研制和出产作业中，要想挑选适宜的陶瓷资料作为基板资料，应归纳全面地考虑这四种资料的性质、本钱等特性。
经过对大功率LED器材的热阻进行剖析，并从封装结构和封装资料两个方面进行详细的讨论，得出如下定论：
1)在大功率LED封装器材中，要完成低热阻、散热快的意图，封装结构成为要害技能地点，尽力寻觅更优秀的封装结构以进步LED封装器材的散热是往后的热点话题。
2)要处理大功率LED封装器材的散热问题，有必要挑选适宜的封装资料(包含热界面资料和基板资料等)。在挑选热界面资料及基板资料的过程中，应根据适宜的场合挑选适宜的资料。一般大功率LED封装中运用较遍及的热界面资料是导电银胶，运用较遍及的基板是陶瓷基板。
