Mô hình nhiệt của LED đƣợc trình bày trong Hình 1.7, nó có dạng các điện trở đƣợc ghép lại với nhau bằng cách xét nhiệt trở của các vật liệu liên quan (từ tiếp giáp LED với không khí).
Nhiệt trở phụ thuộc vào chiều dài vật liệu, tính dẫn nhiệt của vật liệu và diện tích của vật liệu đó. Đơn vị của nhiệt trở là ºC/W. Nhiệt trở cũng đƣợc biểu thị bằng tỷ số giữa chênh lệch nhiệt độ (giữa vật liệu và nhiệt độ môi trƣờng) và tốc độ mất nhiệt. Nhiệt trở ảnh hƣởng trực tiếp đến nhiệt độ tại lớp
tiếp xúc của đèn LED. Độ bền nhiệt cao sẽ làm tăng nhiệt độ lớp tiếp xúc từ đó làm giảm cƣờng độ chiếu sáng và làm thay đổi chất lƣợng màu sắc của ánh sáng phát ra.
Sự tản nhiệt của các vật liệu bất kì luôn tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu và tỷ lệ nghịch với tỷ lệ kháng nhiệt. Giá trị nhiệt độ của bề mặt có thể đƣợc tính bằng tích của nhiệt trở (θ) và nhiệt sinh ra (Qh). Tổng nhiệt trở của hệ thống là tổng của tất cả các nhiệt trở.
Hình 1.8: Nhiệt trở trong hệ thống đèn LED [24].
Trong đó: Tj = Nhiệt độ lớp tiếp xúc.
θj-sp = Nhiệt trở giữa nhiệt độ tại lớp tiếp xúc và điểm hàn.
Tsp = Nhiệt độ tại điểm hàn.
θsp-PCB = Nhiệt trở giữa điểm hàn và PCB (mạch in).
TPCB = Nhiệt độ tại PCB (mạch in).
TTIM = Nhiệt độ tại lớp mỡ tản nhiệt (TIM).
θTIM-hs = Nhiệt trở giữa lớp mỡ tản nhiệt (TIM) và tản nhiệt.
Ths = Nhiệt độ tại tản nhiệt.
Tair = Nhiệt độ ở không khí bên ngoài tản nhiệt.
θpcb-TIM = Độ bền nhiệt giữa PCB và lớp mỡ tản nhiệt (TIM).
Nhiệt trở Tổng = θj-sp + θsp-PCB + θpcb-TIM + θtim-hs + θhs-air (1.5)
Phƣơng trình (1.5) dùng trong trƣờng hợp tính tổng nhiệt trở cho gói chip đơn. Nếu có nhiều hơn một đèn LED trong gói, thì θj-sp và θsp-PCB sẽ đƣợc nhân với số lƣợng đèn LED trong gói đó. Độ bền nhiệt thay đổi tùy theo loại vật liệu khuôn (mối nối), vật liệu làm PCB và loại tản nhiệt đƣợc sử dụng. Nhiệt độ tại lớp tiếp xúc có thể đƣợc tính toán bằng lý thuyết. Trong gói đèn LED, thì đèn LED đƣợc hàn vào PCB (thƣờng làm bằng lõi kim loại). PCB (MCPCB) hoặc FR4 đƣợc gắn vào tản nhiệt. Để tối đa hóa khả năng tản nhiệt, ngƣời ta sử dụng một lớp TIM (mỡ tản nhiệt) ở giữa tản nhiệt và PCB. Tổng nhiệt độ tại lớp tiếp xúc đƣợc đƣa ra phƣơng trình sau:
Tj = Tsp + ( θth*Pt ) (1.6) Trong đó:
Tj= nhiệt độ lớp tiếp xúc, đơn vị 0C.
Tsp = nhiệt độ điểm hàn, đơn vị 0C.
θth = Nhiệt trở của thành phần, đơn vị 0C/W.
Pt = tổng công suất đầu vào, đơn vị Oát (W) (Với Pt= 0,75*Vf *If).