1. Nhiệt độ tiếp giáp LED là gì?
Cấu trúc cơ bản của LED là tiếp giáp bán dẫn P-N. Các thí nghiệm cho thấy nhiệt độ tiếp giáp P-N sẽ tăng lên, và khi dòng điện chạy qua thành phần LED, về mặt nghiêm ngặt, vùng nhiệt độ của tiếp giáp P-N được định nghĩa là nhiệt độ tiếp giáp của LED. Thông thường, do các chip thành phần có kích thước nhỏ, vì vậy chúng ta cũng có thể coi nhiệt độ của chip LED là nhiệt độ tiếp giáp.
2. Những nguyên nhân nào gây ra nhiệt độ mối nối LED?
Các yếu tố làm tăng nhiệt độ mối nối khi LED hoạt động bao gồm năm điểm sau:
A. Cấu trúc điện cực kém của linh kiện, lớp cửa sổ, chất bán dẫn cơ sở hoặc vùng liên kết vật liệu và chất dán dẫn bạc có một giá trị điện kháng nhất định. Các điện kháng này được cộng dồn tạo thành điện trở nối tiếp của linh kiện LED. Khi dòng điện chảy qua mối nối P-N, nó cũng chảy qua các điện kháng này, sinh ra nhiệt Joule, dẫn đến nhiệt độ chip hoặc nhiệt độ mối nối tăng lên.
B. Do mối nối P-N không thể hoàn hảo tuyệt đối, hiệu suất tiêm của linh kiện không đạt 100%. Nói cách khác, ngoài việc các điện tích (lỗ trống) được tiêm từ vùng P sang vùng N, các điện tích (electron) từ vùng N cũng được tiêm sang vùng P. Trong điều kiện bình thường, quá trình tiêm điện tích này không tạo ra hiệu ứng quang điện mà bị tiêu thụ dưới dạng nhiệt. Ngay cả phần điện tích hữu ích được tiêm, không phải tất cả đều chuyển thành ánh sáng; một phần tái hợp tại các tạp chất hoặc khuyết tật trong vùng liên kết và cuối cùng biến đổi thành nhiệt.
C. Thực tiễn đã chứng minh rằng giới hạn hiệu suất phát sáng là nguyên nhân chính gây ra sự tăng nhiệt độ mối nối LED. Hiện tại, sự phát triển của các vật liệu tiên tiến và quy trình sản xuất linh kiện sẽ cho phép phần lớn năng lượng đầu vào của LED được chuyển đổi thành bức xạ ánh sáng. Tuy nhiên, do chiết suất của vật liệu chip LED và môi trường xung quanh chênh lệch quá lớn, khiến phần lớn các photon ( 90%) sinh ra bên trong chip không thể thoát ra qua bề mặt giao diện, xảy ra phản xạ toàn phần tại giao diện giữa chip và môi trường, các photon này quay lại bên trong chip và sau nhiều lần phản xạ bên trong cuối cùng bị vật liệu chip hoặc chất nền hấp thụ, chuyển thành nhiệt dưới dạng dao động mạng tinh thể, làm tăng nhiệt độ mối nối.
D. Rõ ràng là, khả năng tản nhiệt của thành phần LED là điều kiện then chốt để xác định nhiệt độ tiếp nối cao hay thấp. Khi nhiệt độ tiếp nối giảm, năng lực làm mát sẽ tăng, ngược lại, khi năng lực làm mát thấp, nhiệt độ tiếp nối sẽ tăng. Vì keo epoxy là vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp, do đó nhiệt được tạo ra tại vùng tiếp nối P-N khó có thể truyền qua lớp epoxy trong suốt hướng lên để tỏa ra môi trường, mà phần lớn nhiệt sẽ được truyền xuống qua đế, lớp keo bạc, vỏ và ống, lớp keo epoxy, bo mạch (PCB) và bộ tản nhiệt. Rõ ràng là khả năng dẫn nhiệt của các vật liệu liên quan sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của việc mất nhiệt của linh kiện. Đối với một loại LED thông thường, điện trở nhiệt tổng cộng từ vùng tiếp nối P-N đến nhiệt độ môi trường nằm trong khoảng từ 300 đến 600 °C/W. Đối với thành phần LED công suất có cấu trúc tốt, điện trở tổng cộng khoảng 15 đến 30 ℃/W. Sự khác biệt lớn về điện trở nhiệt khiến các thành phần LED thông thường chỉ hoạt động đúng khi ở điều kiện công suất đầu vào rất nhỏ; điện trở nhiệt của các thành phần công suất có thể đủ lớn để đạt mức watt cao hơn.
3. Giảm nhiệt độ tiếp nối LED?
A. giảm điện trở nhiệt của chính LED;
B. cơ chế làm mát thứ cấp tốt;
C. Để giảm điện trở nhiệt giữa LED và cơ chế làm mát thứ cấp, giao diện đã được lắp đặt;
D. Kiểm soát công suất đầu vào định mức;
E. Nhiệt độ môi trường thấp hơn
Công suất đầu vào LED là nguồn duy nhất của hiệu ứng nhiệt của phần tử, một phần năng lượng chuyển thành bức xạ năng lượng ánh sáng, phần còn lại cuối cùng chuyển thành nhiệt, do đó làm tăng nhiệt độ của phần tử. Rõ ràng, phương pháp chính để giảm hiệu ứng nhiệt của LED là cố gắng cải thiện hiệu suất chuyển đổi điện-quang của các thành phần (còn gọi là hiệu suất lượng tử bên ngoài), để càng nhiều công suất đầu vào chuyển thành năng lượng ánh sáng, cách quan trọng khác là cố gắng cải thiện khả năng tản nhiệt của các thành phần, để nhiệt độ mối nối sinh ra nhiệt chuyển vào môi trường xung quanh, thông qua các phương tiện khác nhau để phân bổ.
