本書結合LED封裝和光源燈具設計制作的實際工程經驗，繫統論述了熱設計的基本原理與方法、熱特性的測試方法與評估手段，*後介紹了一種流行的熱特性仿真軟件。本書以發光二極管封裝及光源燈具原理與熱設計為主軸，將LED器件封裝及光源燈具基本技術、熱設計基礎理論及仿真工具、LED熱特性測試與評估相關知識串聯整合，為讀者提供了較為全面的基本原理與實際應用的入門知識，內容集學術性與應用性為一體。本書可作為高等院校相關專業本科高年級學生和研究生的教材和參考書，也可作為半導體照明行業從業人員的培訓資料及相關工程技術人員的參考資料。

\"LED封裝與光源熱設計（電子信息與電氣工程技術叢書）繫統論述了發光二極管的封裝、燈具原理與熱設計。全書共11章，分別介紹了LED熱設計基礎、傳熱學基礎、LED芯片與熱性能、LED封裝與熱設計、LED光源組件與燈具熱設計、LED器件的瞬態熱測試方法、LED器件瞬態熱測試的實際操作、LED熱仿真分析軟件、LED組件熱特性仿真分析、LED燈具熱仿真分析等內容。 本書將LED器件封裝及光源燈具技術、熱設計基礎理論及仿真工具、LED熱特性測試與評估相關知識融會貫通為一體，為讀者提供了有關LED封裝與燈具熱設計的基本原理與應用，集學術性與應用性為一體，可供相關科研與工程技術人員參考。 \"

\"柴廣躍 畢業於清華大學電子工程繫，長期從事半導體光電子器件與應用技術的科研與教學工作。現任深圳技術大學新能源與新材料學院教授、深圳大學光電工程學院教授，兼中國電工技術學會半導體光源繫統專業委員會副主委、國家半導體照明工程研發及產業聯盟人力資源工作委員會人纔培養工作組負責人、深圳市LED熱管理與故障分析評估中心主任等職，擁有20餘項授權發明專利、獲得國家科技進步獎和發明獎兩次，主編《半導體照明概論》。 王剛 現任明導（上海）電子科技有限公司MAD部門高級產品應用工程師，在半導體器件熱測試領域有很深入的研究。曾供職於摩托羅拉、飛思卡爾、英特爾等公司，在半導體封裝領域有豐富的實踐經驗。 李波 同濟大學建築環境與設備工程學士、上海理工大學工程熱物理碩士，主要研究方向為電子設備冷卻技術。曾就職於臺達電子企業管理（上海）有限公司和明導（上海）電子科技有限公司，現為熱領（上海）科技有限公司電子設備熱設計技術主管，負責電子設備熱設計、熱仿真技術的應用、推廣和培訓等相關工作；曾出版《FloTHERM軟件基礎與應用實例》《FloEFD流動與傳熱仿真入門及案例分析》和《笑談熱設計》。 向進 畢業於同濟大學，獲得軟件工程碩士和MBA學位。擁有超過15年的半導體行業工作經驗，從事過從研發到市場營銷的多個領域的工作。現負責Mentor公司大中華區的高校業務，推動Mentor 公司的先進技術在國內高校的應用與普及。已經主持建設多所一流高校的校企聯合實驗室，推動高校開設涉及Mentor技術的相關課程，策劃並資助出版多部高端專業圖書。 \"

上篇 LED熱設計基礎
第1章 引言
1.1 LED技術的發展
1.2 LED的失效
1.2.1 機械失效
1.2.2 腐蝕失效
1.2.3 電氣失效
1.2.4 光學失效
1.3 熱設計的重要性
1.4 熱設計流程
第2章 傳熱學基礎
2.1 熱與能量
2.2 能量傳遞與傳熱
2.3 基本定律
2.3.1 熱力學**定律
2.3.2 質量固定的傳熱
2.3.3 體積固定的傳熱
2.4 傳熱機理
2.4.1 熱傳導
2.4.2 熱對流
2.4.3 熱輻射
2.5 熱阻網絡熱設計
2.5.1 熱阻的概念
2.5.2 擴散熱阻
2.5.3 接觸熱阻及熱界面材料
2.5.4 熱阻網絡
2.5.5 常用散熱器
2.6 計算機模擬熱設計簡介
2.7 幾種**的冷卻技術
2.7.1 相變散熱與熱管
2.7.2 液體冷卻與器件
2.7.3 熱電冷卻與器件
2.7.4 電流體流動散熱
第3章 LED芯片與熱性能
3.1 LED基本原理
3.1.1 雙異質結結構LED原理
3.1.2 量子阱結構LED原理
3.2 芯片
3.2.1 LED襯底材料與芯片結構
3.2.2 功率型LED芯片
3.3 LED芯片熱特性
3.3.1 結溫與熱阻
3.3.2 光通量與溫度的關繫
3.3.3 輻射波長、色溫與溫度的關繫
3.3.4 正向電壓與溫度的關繫
3.3.5 壽命與溫度的關繫
第4章 LED封裝與熱設計
4.1 封裝的層級
4.2 LED的封裝
4.2.1 LED封裝的作用

第3章LED芯片與熱性能 以發光二極管(light emitting diode，LED)為核心的新一代半導體照明(semiconductor lighting，也稱為solid state lighting，SSL，即固態照明)是對傳統照明體繫的一場革命性的顛覆，作為一種安全、健康的“綠色光源”，節能環保效果**明顯。2007年美國《自然》雜志發表文章稱： 照明占**能源消耗的8.9%、電力消耗的19%，對GDP的貢獻率僅是0.63%。如果采用半導體照明技術，有望使2050年的照明用電量仍維持2007年的水平，而對GDP的貢獻率將上升至1.63%。不僅如此，擁有無限潛能的半導體照明技術還將在人類健康、信息、農業、航空、航天等領域發揮重要的作用，其數字化的特性也是未來智能及物聯網時代的技術支撐之一，它將引起人類生產、生活方式的巨大變化，其發展前景毋庸置疑。
LED是典型的電致發光光源，是半導體照明的核心。目前，藍光LED+黃色熒光粉合成白光光源的發光效率已經超過300lm/W(2015年實驗室水平)，顯色指數達到80以上。但是，作為照明光源LED仍需**解決以下問題： 光、電、色參數隨電流、溫度的改變而變化； 即使發光效率達到300lm/W，其外量子效率也僅在50%左右，即仍有50%左右的電能轉化為無用的熱量，若考慮整體燈具，則還需要考慮電源效率、燈具效率等因素，則發熱的比例會*大。這些熱量將引起LED結溫的升高，不僅影響半導體照明的性能參數與質量，還將大幅降低LED的壽命，研究表明結溫每升高10度，LED壽命將減少到50%。因此，LED熱設計與熱管理是長期的、重要的工作。
3.1LED基本原理 典型的LED芯片分為垂直結構和平面結構，如圖31(a)和(b)所示。由多層不**質的半導體材料相疊、並分別在*頂層p型層和相應的n型層上分別制作正負金屬電極。半導體材料從下往上依次包括襯底層、過渡層、發光層(有源層)、 圖31LED芯片垂直結構和平面結構 頂層。其中，發光層的核心是pn結，當給pn結加正向偏置時，n區的電子克服pn結勢壘擴散到p區， p區的空穴克服pn結勢壘擴散到n區，形成正向注入的擴散電流。同時，在耗盡區兩側分別形成過剩電子和過剩空穴(簡稱過剩載流子)分布。在擴散過程中，電子與空穴踫撞發生復合，即電子從導帶躍遷至價帶的同時釋放大小等同於禁帶寬度的能量，同時，躍遷過程必須保證能量守恆和電子動量守恆，即hv=Eg，Δk=0。復合包括輻射復合和非輻射復合，前者是指電子從導帶躍遷至價帶與空穴復合的同時釋放大小等同於禁帶寬度的光子，後者是指電子從導帶躍遷至價帶與空穴復合的同時釋放大小等同於禁帶寬度的若干個聲子。pn結及發光過程見圖32(b)。使用內量子效率ηi表征注入到發光區內的電子空穴對輻射復合發射光子的程度，所以，1-ηi表征LED發熱的程度。此外，半導體材料本身均具有一定的電阻率，金屬電極與半導體材料之間形成歐姆接觸時也會產生接觸電阻，封裝芯片至管殼中也將產生一定的接觸電阻。正向偏置的注入電流流經這些電阻產生的焦耳熱與非輻射復合的熱量一起提高了LED中pn結區域(有源區)的溫度(稱為LED的結溫)，從而影響LED的性能。為保證LED有足夠的壽命裕量，正常工作時的結溫一般不應超過110℃。