LED作為第四代照明光源，具有安全可靠性強(qiáng)、耗電量少、穩(wěn)定性好、發(fā)光效率高、響應(yīng)時(shí)間短、顏色可變、適用性強(qiáng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于背光照明、通信、顯示、醫(yī)療設(shè)備、汽車照明及通用照明燈領(lǐng)域。隨著LED技術(shù)的不斷創(chuàng)新，LED的應(yīng)用領(lǐng)域及形式不斷擴(kuò)展，逐漸滲透到人們生活的方方面面，引起全球照明領(lǐng)域的變革。
經(jīng)過(guò)近幾年的調(diào)整，2017年國(guó)內(nèi)外LED市場(chǎng)景氣度回升，LED行業(yè)無(wú)論是技術(shù)工藝還是產(chǎn)品設(shè)計(jì)，乃至整個(gè)行業(yè)規(guī)模，都朝著一個(gè)可喜的方向發(fā)展。全球LED行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為6480.74億美元，同比增長(zhǎng)13.42%，LED照明滲透率達(dá)到36.7％。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)總體規(guī)模為6368億元，同比增長(zhǎng)21%。中國(guó)逐漸成為L(zhǎng)ED主要生產(chǎn)市場(chǎng)和消費(fèi)市場(chǎng)，成為全球LED行業(yè)的重要組成部分。
LED的蓬勃發(fā)展需要不斷突破影響LED行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，散熱技術(shù)就是需要解決的問(wèn)題之一。LED芯片的光電轉(zhuǎn)換效率較低，會(huì)產(chǎn)生大量熱量。在LED燈具及工程應(yīng)用中，由于熱界面材料及結(jié)構(gòu)的不完善，積累的熱量會(huì)更多。這將導(dǎo)致LED芯片溫度升高，嚴(yán)重影響了LED的光學(xué)效果，造成系統(tǒng)的不可靠性及使用壽命的降低。隨著人們追求高功效、高密度、輕便化、集成化的LED應(yīng)用，熱效應(yīng)對(duì)LED的影響會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。
針對(duì)LED散熱問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別對(duì)LED材料、結(jié)構(gòu)、工藝及系統(tǒng)等各層次進(jìn)行了大量的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，本書在傳熱學(xué)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地講述了LED芯片、封裝、基板、熱界面材料、大功率散熱器、燈具及工程應(yīng)用、熱性能測(cè)試及熱模擬設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)將最先進(jìn)的散熱技術(shù)有效地推廣應(yīng)用到LED熱流通道各環(huán)節(jié)中，最大限度地降低熱阻，實(shí)現(xiàn)有效控制LED結(jié)溫。
本書的構(gòu)思及撰寫是整個(gè)團(tuán)隊(duì)集體努力的結(jié)果。李月鋒參與了各章節(jié)的撰寫及整理工作，鄒軍參與了芯片、封裝和熒光粉相關(guān)章節(jié)的編寫。嘉善恒杰熱管科技有限公司的鄭浩技術(shù)總監(jiān)參與了本書整體結(jié)構(gòu)的制定，楊子杰總經(jīng)理參與了第9章內(nèi)容的編寫，蘇維波經(jīng)理提供了散熱器生產(chǎn)工藝方面的資料，李妍經(jīng)理參與了文字校對(duì)工作，研究生錢幸璐參與了部分文字的整理工作，楊互助經(jīng)理提供了LED燈具實(shí)驗(yàn)測(cè)量的資料。
特別感謝浙江嘉熙科技有限公司李居強(qiáng)博士提供的PCI資料，以及國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者和LED器件制造商、經(jīng)銷商。
由于編者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，書中難免有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2018年4月
第1章緒論1
1.1半導(dǎo)體照明技術(shù)的進(jìn)展3
1.2熱效應(yīng)對(duì)LED的影響6
1.2.1溫度對(duì)大功率LED光電性能的影響（參數(shù)失效）6
1.2.2溫度引起大功率LED的失效（災(zāi)難性失效）10
1.3熱管理的作用、目的及思路12
第2章
傳熱學(xué)基本知識(shí)14
2.1熱傳導(dǎo)14
2.2對(duì)流換熱15
2.3熱輻射17
2.4界面熱阻18
2.5擴(kuò)散熱阻19
2.6散熱器20
2.6.1肋片20
2.6.2散熱器的散熱特性22
第3章
LED熱管理基本知識(shí)23
3.1LED工作原理23
3.1.1LED發(fā)光原理23
3.1.2LED系統(tǒng)及構(gòu)成26
3.1.3LED發(fā)光效率29
3.1.4LED主要參數(shù)與特性33
3.2LED發(fā)熱原因及LED溫升特性38
3.2.1LED芯片及封裝熱量產(chǎn)生原因38
3.2.2LED芯片溫升特點(diǎn)39
3.3LED器件熱阻網(wǎng)絡(luò)40
3.3.1LED熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)40
3.3.2LED串并聯(lián)熱阻41
3.3.3LED結(jié)溫計(jì)算方法42
3.3.4LED熱阻的幾點(diǎn)說(shuō)明42
第4章
LED芯片熱管理44
4.1GaN基正裝LED芯片熱阻基本構(gòu)成44
4.2GaN基正裝LED芯片制約因素45
4.3LED芯片提高發(fā)光效率及熱管理方案47
4.4LED芯片常見(jiàn)芯片尺寸、材質(zhì)及規(guī)格57
第5章
LED封裝熱管理61
5.1LED封裝工藝61
5.2LED封裝熱阻模型66
5.3LED封裝熱阻的影響因素分析70
5.3.1固晶層70
5.3.2支架76
5.3.3擴(kuò)散熱阻85
5.3.4熒光粉及封裝方法87
5.4LED封裝熱阻計(jì)算實(shí)例92
5.5LED封裝主要廠商、類型及特色97
第6章
熱界面材料113
6.1材料導(dǎo)熱微觀機(jī)理113
6.1.1金屬導(dǎo)熱機(jī)理113
6.1.2無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)熱114
6.1.3聚合物高分子導(dǎo)熱115
6.2熱界面材料分類116
6.3有機(jī)熱界面材料117
6.3.1本征型熱界面材料117
6.3.2填充型熱界面材料119
6.3.3常見(jiàn)LED有機(jī)熱界面材料135
6.4無(wú)機(jī)熱界面材料139
6.4.1釬料基礎(chǔ)知識(shí)139
6.4.2典型無(wú)鉛釬料139
6.4.3焊膏143
6.5熱界面材料涂覆工藝144
6.6熱界面材料熱阻模型151
6.7熱界面材料生產(chǎn)廠商及產(chǎn)品簡(jiǎn)介153
第7章
LED基板熱管理159
7.1基板類型159
7.2印刷電路基板160
7.3金屬芯印刷電路基板162
7.4陶瓷基板164
7.5撓性印刷電路基板168
7.6基板熱阻模型169
7.7基板生產(chǎn)廠商及產(chǎn)品簡(jiǎn)介171
第8章
LED燈具散熱設(shè)計(jì)174
8.1LED燈具特征及應(yīng)用174
8.1.1LED燈具介紹174
8.1.2LED燈具應(yīng)用176
8.2LED燈具常用傳熱和散熱方式183
8.2.1傳熱和散熱基本概念183
8.2.2LED強(qiáng)化傳熱方法185
8.2.3LED常用散熱方法187
8.2.4LED燈具散熱器熱輻射應(yīng)用技術(shù)195
8.3LED電源熱管理198
8.3.1LED驅(qū)動(dòng)電源的分類198
8.3.2LED驅(qū)動(dòng)電源的熱損耗200
8.3.3LED驅(qū)動(dòng)電源熱管理方案201
8.4LED燈具熱設(shè)計(jì)的基本方法及實(shí)例201
8.4.1LED燈具熱阻模型201
8.4.2LED燈具熱管理方法206
8.4.3LED燈具散熱器熱分析與熱設(shè)計(jì)207
第9章
先進(jìn)散熱技術(shù)214
9.1熱柱214
9.1.1熱柱工作原理214
9.1.2熱柱種類215
9.1.3銅熱柱材料215
9.1.4熱柱制造工藝217
9.1.5熱柱的應(yīng)用219
9.2相變抑制（PCI）傳熱技術(shù)220
9.2.1PCI傳熱技術(shù)概述220
9.2.2PCI傳熱技術(shù)優(yōu)點(diǎn)221
9.2.3PCI傳熱技術(shù)應(yīng)用221
9.3合成噴射式散熱技術(shù)221
9.3.1工作原理221
9.3.2技術(shù)優(yōu)點(diǎn)223
9.3.3在LED燈具散熱中的應(yīng)用223
9.4液態(tài)金屬散熱225
9.4.1液態(tài)金屬的基本性質(zhì)225
9.4.2液態(tài)金屬傳熱性質(zhì)225
9.4.3液態(tài)金屬傳熱在LED燈具散熱中的應(yīng)用226
9.5離子風(fēng)散熱技術(shù)226
9.5.1離子風(fēng)散熱基本原理226
9.5.2離子風(fēng)散熱特點(diǎn)227
9.5.3離子風(fēng)散熱器應(yīng)用228
第10章
LED燈具熱測(cè)試方法229
10.1熱測(cè)試概況229
10.1.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量參數(shù)229
10.1.2測(cè)試常見(jiàn)方法230
10.2LED燈具熱測(cè)試常用儀器231
10.2.1溫度傳感器231
10.2.2紅外熱成像儀237
10.2.3熱阻測(cè)試儀240
第11章
LED熱管理的數(shù)值計(jì)算245
11.1數(shù)值計(jì)算概況245
11.1.1數(shù)值解法基本思路245
11.1.2計(jì)算區(qū)域離散化245
11.1.3計(jì)算時(shí)間離散化246
11.1.4控制方程離散方法246
11.1.5有限差分基本思路247
11.2控制方程離散化248
11.2.1控制體內(nèi)節(jié)點(diǎn)方程248
11.2.2控制體邊界節(jié)點(diǎn)方程250
11.3節(jié)點(diǎn)離散方程組求解253
11.4常用LED照明熱仿真軟件254
11.4.1計(jì)算流體力學(xué)軟件254
11.4.2工程流體力學(xué)軟件255
11.4.3專業(yè)電子散熱軟件257
11.4.4專用散熱器計(jì)算軟件258
參考文獻(xiàn)259
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