1.熱阻是指熱量傳遞通道上兩個參點之間的溫度差與兩點間熱量傳輸速率的比值:
Rth=△T/qx ?。?)
其中:Rth=兩點間的熱阻(℃/W或K/W),ΔT=兩點間的溫度差(℃),qx=兩點間熱量傳遞速率(W)。
2. 熱傳導模型的熱阻計算
Rth=L/λS ?。?)
其中: L為熱傳導距離(m),S為熱傳導通道的截面積(m2),λ為熱傳導系數(shù)(W/mK)。越短的熱傳導距離、越大的截面積和越高的熱傳導系數(shù)對熱阻的降低越有利,這要求設(shè)計合理的封裝結(jié)構(gòu)和選擇合適的材料。
3. 大功率LED的熱阻計算
(1) 根據(jù)公式(1),晶片上P-N結(jié)點到環(huán)境的總熱阻:
Rthja = △Tja/Pd = (Tj-Ta)/Pd
其中: Pd = 消散的功率(W)≈正向電流If * 正向電壓Vf,
ΔTja=Tj-Ta= 結(jié)點溫度 - 環(huán)境溫度 。
(2)設(shè)定晶片上P-N結(jié)點生成的熱沿著以下簡化的熱路徑傳導:結(jié)點→熱沉→鋁基散熱電路板→空氣/環(huán)境(見圖1),則熱路徑的簡化模型就是串聯(lián)熱阻回路,如圖2表示:
P-N結(jié)點到環(huán)境的總熱阻:
Rthja = Rthjs + Rthsb + Rthba
圖2中所示散熱路徑中每個熱阻抗所對應(yīng)的元件介于各個溫度節(jié)點之間,其中:Rthjs(結(jié)點到熱沉) = 晶片半導體有源層及襯底、粘結(jié)襯底與熱沉材料的熱阻;
Rthsb(熱沉到散熱電路板) = 熱沉、連結(jié)熱沉與散熱電路板材料的熱阻;
Rthba(散熱電路板到空氣/環(huán)境)= 散熱電路板、表面接觸或介于降溫裝置和電路板之間的粘膠和降溫裝置到環(huán)境空氣的組合熱阻。
根據(jù)公式(2),如果知道了個材料的尺寸及其熱傳導系數(shù),可以求出以上各熱阻,進而求得總熱阻Rthja。
以下是幾種常見的1W大功率LED的熱阻計算:以Emitter(1mm×1mm晶片)為例,只考慮主導熱通道的影響,從理論上計算P-N結(jié)點到熱沉的熱阻Rthjs。
A、正裝晶片/共晶固晶
B、正裝晶片/銀膠固晶
C、si襯底金球倒裝焊晶片/銀膠固晶
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