大功率LED产生热量的核心原因在于其电光转换过程中的能量损耗，具体可分为以下机理和影响因素：
一、根本原因：电光转换效率不足
理论极限：
LED的电光转换效率（Wall-Plug Efficiency）通常为30%~50%，剩余能量以热量形式耗散。
示例：一颗100W的UVLED芯片，仅30~50W转化为紫外光，其余50~70W变为热能。
能量损耗环节：
斯托克斯损耗（Stokes Loss）：
半导体材料中，电子从高能级跃迁到低能级时，部分能量以晶格振动（热能）形式释放，而非全部转化为光子。
载流子非辐射复合：
电子与空穴复合时，若通过缺陷或杂质中心（而非发光跃迁），能量直接转化为热。
焦耳热（Joule Heating）：
电流通过LED芯片的电阻（如电极、半导体体电阻）时产生欧姆损耗。
二、大功率LED的额外热源
高电流密度下的效率下降：
大功率LED通常需要高驱动电流（如1A以上），电流增大时：
载流子泄漏：部分电子越过有源区，未参与发光。
效率骤降（Droop效应）：氮化物LED（如GaN）在电流密度超过临界值后，发光效率显著降低，发热比例升高。
封装热阻（Thermal Resistance）：
热量从LED芯片传递到散热器的路径中存在多层材料（如焊料、基板），每层热阻叠加导致热堆积。
典型热阻链：
芯片→焊层→陶瓷基板→导热胶→散热器，总热阻可能达5~10°C/W。
三、热量对LED的直接影响
性能劣化：
波长偏移：温度每升高10°C，LED峰值波长红移约1~2nm（影响紫外固化精度）。
光输出衰减：结温（Tj）超过85°C时，亮度加速下降（寿命公式：寿命∝e^(-Tj)）。
可靠性风险：
热应力：材料热膨胀系数不匹配导致分层或焊点开裂。
电极迁移：高温加速金属原子扩散，造成电极失效。
四、改善散热的工程方案
芯片级优化：
倒装芯片（Flip-Chip）设计：缩短热路径，降低热阻。
微通道散热：在芯片衬底集成微米级冷却通道。
封装技术：
高导热基板：如氮化铝（AlN，导热率~200W/mK）或金属基板（铜/铝）。
共晶焊（Eutectic Bonding）：替代导热胶，减少界面热阻。
系统级散热：
热管/均温板：快速扩散局部热点。
液冷（Liquid Cooling）：用于千瓦级UVLED阵列。
五、用户选型建议
关注热阻参数：选择结壳热阻（Rθj-c）≤1°C/W的LED模块。
避免超电流驱动：按厂商规格书操作，防止Droop效应加剧发热。
总结
大功率LED的热量源于量子效率极限和非理想能量转换，通过材料、封装与散热系统的协同设计可有效控制温升。对于紫外固化应用，维持低温运行是保障波长稳定性和寿命的关键。
