盡管LED與傳統(tǒng)照明相比具有卓越的功效，但LED仍然很熱。由于過熱是導致不希望的影響的原因，例如色度偏移或更糟，災難性故障，熱管理是固態(tài)照明(SSL)設計的重要方面。

對于一組給定的工作條件，LED的內部熱阻主要決定器件的熱度以及達到峰值溫度的速度。更大的內部熱阻導致更快的溫升和更高的峰值溫度。

熱管理的重要性

LED中的主要熱源來自構成器件的p型和n型半導體材料之間的結。該熱量是結點處或附近的電子和空穴復合的副產物。理想地，重組導致光子離開LED并有助于整體照明，但是通常光子在模具中被重新吸收，從而產生熱量。在器件工作時發(fā)生的LED晶格的微小振動也會升高溫度。盡管LED與傳統(tǒng)光源相比具有很高的功效，但應用于該設備的約70%至80%的電能仍然轉換為熱而不是光。

因為LED結很小，所以能量很小密度高，溫度迅速上升。現代芯片的結溫(TJ)升至100 o C及以上并不罕見，盡管現代LED比舊設備更堅固，但在高溫下長時間操作是不希望的。限制結溫可降低色度漂移并延長壽命。

對于給定的一組操作條件(例如正向電壓/電流，照明燈具中LED陣列的密度和典型的環(huán)境溫度)工程師可以計算LED的結溫，并設計一個熱管理系統(tǒng)，從芯片中提取熱量并將其安全地散發(fā)到周圍環(huán)境中。

現代芯片設計有導電熱路徑，將熱量從結點引導至“焊點”。焊點是LED接觸PCB的部分，通常連接到PCB的散熱層。 PCB和/或獨立散熱器。

圖1 ：現代LED設計用于將熱量傳導到焊點，然后傳導到周圍的環(huán)境t通過PCB。 (由美國能源部提供)

LED制造商熱衷于幫助客戶克服熱管理挑戰(zhàn)。圖2(a)和(b)顯示了歐司朗的TOPLED和DRAGON LED系列設計的路徑如何將熱量傳導到焊點。

圖2(a)和(b)：歐司朗的TOPLED(左)通過其中一個封裝引線散熱，而該公司的DRAGON LED使用散熱器。 (歐司朗提供)

某些LED封裝在散熱方面優(yōu)于其他LED封裝，每種LED封裝的性能均由器件的內部熱阻(Rth)表示。內部熱阻是決定LED結在給定的一組工作條件下會變熱的基本質量。了解熱阻使工程師能夠計算出他或她的設計中使用的LED的結溫，以確保它不會超過芯片制造商建議的最大限制。

定義熱阻

LED的內部熱阻定義為：

其中RthJS = LED封裝從結點到焊點的熱阻， TJ如前所述，TS =焊點溫度，Q =耗散功率。

實際上有兩種形式的內部熱阻：電阻熱和“實際”熱阻。不同之處在于如何定義Q，耗散功率。電熱阻將Q定義為供電電功率(即正向電壓x正向電流)。相反，實際熱阻將Q定義為：

其中Pel =供電，Popt =提供光功率。

實際熱阻方程也可寫為：

其中ηLED= LED光學效率。

主要LED制造商更愿意列出其數據表中的實際熱阻(盡管有一些例外，因此工程師應該謹慎)。

由于現代LED封裝中芯片不易接近，幾乎不可能直接測量LED的結溫，但測量焊點的溫度并使用公式中的光譜數據實際熱阻可以使工程師推斷其溫度。

定義熱阻的公式(見上文)可以重新排列為：

當前高性能白光LED(如OSRAM的OSLON SSL LED)的數據表顯示：

OSLON SSL LED的最大推薦結溫為135°C因此，在這些條件下，器件在其極限范圍內運行良好。

降低熱阻

降低LED封裝的內部熱阻可以更容易地從器件中提取熱量并降低溫度給定工作條件下的結溫?；蛘撸蜔嶙柙试S工程師在不超過最大結溫的情況下更硬地推動其器件。這提供了幾個優(yōu)點，例如在給定輸出下需要更少的LED，降低成本和設計復雜性。

制造商在降低產品的耐熱性。例如，歐司朗上一代產品的內部熱阻為36至40 C/W，而現代芯片如公司的Golden DRAGON Plus(71 lm/W [350 mA，3.2 V]設備)則為6.5 C/W 。

Cree提供一系列具有低內部熱阻的LED。例如，該公司的XLamp XP-L高強度LED(113 lm/W [1.05 A，2.95 V])的內部熱阻為2.5 C/W.

同樣，Lumileds，首爾半導體和東芝也提供有競爭力的設備。例如，Lumileds的LUXEON Z ES芯片(97 lm/W [700 mA，2.8 V])的內部熱阻為3 C/W(見圖3)。 Seoul Semiconductor提供Z5-M1大功率LED(140 lm/W [350 mA，2.95 V])，內部熱阻為4.5 C/W.東芝提供TL1L3(129 lm/W [350 mA，2.85 V])，其內部熱阻為5 C/W.

圖3：Lumileds LUXEON Z ES的內部熱阻為3 C/W.