试述LED器件的热阻模型，它由哪些部分构成？各有什么特点？

从LED器件的结构，可以建立它的热阻构成的模型。图82-1是一个典型的LED器件结构示意图。由图知，暂不计LED芯片有源层到衬底间的热阻，则芯片内部主要是衬底的热阻，我们用RθS来表示；第二，衬底与引线支架间由于存在粘结层，因此衬底到支架有一个粘结





图82-1
材料引人的热阻，用Rθx来表示；第三，安放芯片的支架到自由空间的热阻Rθf，这三个热阻构成LED芯片PN结到空气之间的总热阻Rθ，于是：
Rθ=RθS+Rθx+Rθf （82-1）
（1） 衬底到支架的热阻。
假定芯片衬底是一个200μm的正方形，银胶的厚度为100μm,已知银胶的导热系数为20W/m*k,可求得芯片衬底到支架的热阻为：
Rθx=h/ρ银胶*s=0.1mm/20W/m*k*0.2mm*0.2mm≈125℃/W
（2） LED衬底的热阻。
若LED衬底是GaAs，则ρGaAs≈18W/m*k,当厚度为0.2mm时，衬底的热阻：
RθS=0.2mm/18W/m*k*0.2*0.2*10-8M2≈138℃/W
（3） 支架的热阻。
铁支架到空气的热阻可求得为4.2℃/W，这个LED的总热阻Rθ=RθS+Rθx+Rθf=267℃/W。这个LED当使用环境温度为65℃时，它最多能承受的电功率小于0.2W。
上面讨论中，还未计人芯片有源层本身的热阻，只是这一层比较薄，尽管也是GaAs材料，由于厚度公几十微米，其热阻较衬底4～5倍，约在30℃/W左右。可以看出，普通封装的LED其总热阻在300℃/W左右，只适用于小功率使用。
根据上述的热阻模型，LED的热阻的主要贡献在于衬底和衬底到支架间的粘合材料引起的热阻，对于功率LED要降低热阻除加大衬底面积（即芯片面积）外，用高导热系数材料作衬底，及用高导热系数的合金材料作粘结料是降低LED热阻的主要途径。例如，用导热系数为75W/M*K的硅材料作衬底，在芯片面积为1mm2,硅衬底厚度为0.8mm时，衬底的热阻RθS为：
RθS=h/ρsi*s=0.3*10-3/75*1*10-6≈4℃/W
这就比常规0.2mm*0.2mm面积的GaAs衬底热阻低得多。若再用纯锡（Sn）作衬底与支架的焊料时，粘结层热阻Rθx就为：
Rθx=h/ρsi*s=0.2*10-3/76W/m*k*1*10-6≈2.6℃/W
这样，功率LED的总热阻有望可以控制在4～6℃/W以内， 此时热阻主要贡献在于芯片材料本身。目前已有热阻低于40℃/W的封装，但这要求LED芯片在衬底材料和粘合材料上改进，前者用硅作衬底，后者用AuSn或铅锡（PbSn）等合金材料用合金工艺来将芯片粘结在引线支架上，取代常规的银胶。