侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

大功率LED散热的改善方法分析

2010-07-20 16:37
一分日元
关注

        1 、引言

        目前,随着LED向着大功率方向发展,很多功率型LED的驱动电流达到70 mA、100 mA甚至1 A,电流增大虽然能够提高LED的亮度、功率,但是这将会引起芯片内部热量聚集,导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。业内已经对大功率LED的散热问题作出了很多的努力:通过对芯片外延结构优化设计,使用表面粗化技术等提高芯片内外量子效率,减少无辐射复合产生的晶格振荡,从根本上减少散热组件负荷;通过优化封装结构、材料,选择以铝基为主的金属芯印刷电路板(MCPCB),使用陶瓷、复合金属基板等方法,加快热量从外延层向散热基板散发。多数厂家还建议在高性能要求场合中使用散热片,依靠强对流散热等方法促进大功率LED散热。尽管如此,单个LED产品目前也仅处于1~10 W级的水平,散热能力仍亟待提高。相当多的研究将精力集中于寻找高热导率热沉与封装材料,然而当LED功率达到10 W以上时,这种关注遇到了相当大的阻力。即使施加了风冷强对流方式,牺牲了成本优势,也未能获得令人满意的变化。

        讨论在现有结构、LED封装及热沉材料热导率等因素变化对于其最大功率的影响,寻找影响LED散热的关键因素。研究方法为有限元热分析法.该方法已有实验验证了LED有限元模型与其真实器件之间的差别,证明其在误差许可范围内是准确可行的。

        2 、建立模型

        2.1 有限元热分析理论

        三维直角坐标系中的瞬态温度场场变量T(x,y,z,t)满足:

         式中:T/x,T/y,T/z为沿x,y,z方向的温度梯度;λxx,λyy,λzz为热导率;q0为单位体积的热生成;ρc是密度与比热容的乘积:dT /dt为温度随时间的变化率。

 式中:Vx,Vy,Vz为媒介传导速率。对于稳态热分析而言,T/t=0,式(1)可化简为:

          根据式(3)、边界条件与初始条件,利用迭代法或者消去法求解,得出热分析结果。

        2.2 几何模型的建立

        图1为依据常见1 w大功率LED尺寸建立并简化、海鸥翼封装铝热沉的大功率LED图形,底座接在MCPCB铝基板上。主要数据:芯片尺寸为1 mm×1 mm×O.25 mm,透镜为直径是13 mm的半球。硅衬底为边长17 mm,高0.25 mm的正六棱柱,MCPCB为直径20 mm,高1.75 mm的六角星形铝质基板。

         2.3 有限元模型的建立

         模型采用ANSYSl0.0计算,为方便分析,假设模型:

         LED输入功率为1 W,光效率取10%;封装体外部的各组件(包括MCPCB、陶瓷封装、热沉的外部)通过与空气的对流散热;器件与外界的热对流系数为20。工作环境温度为 25℃;器件满足使用ANSYS软件进行稳态有限元热分析的条件;最大结温选择为125℃。各种材料的参数如表1所示。

表1    LED模型中各材料的参数值

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号