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LED性能及热管理方法研究

2010-12-23 14:17
kumsing
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  摘要:LED的发光性能不仅和其电学特性相关,还受其结温影响。因此,通过实际测试和仿真工具来研究其散热性能及热管理方法在LED的设计过程中十分重要。本文对LED的电学、热学及光学特性进行了协同研究。在仿真方面,完成了一个板级系统的电-热仿真;在测试方面,讨论了一个热-光联合测试系统的应用。

  众所周知,LED的有效光辐射(发光度和/或辐射通量)严重受其结温影响(参见图1)。单颗LED封装通常被称为一级LED,而多颗LED芯片装配在同一个金属基板上的LED组件通常被称为二级LED。当二级LED对光均匀性要求很高时,结温对LED发光效率会产生影响的这个问题将十分突出。当然,可以利用一级LED的电、热、光协同模型来预测二级LED的电学、热学及光学特性,但前提是需要对LED的散热环境进行准确建模。

一组从绿光到蓝光以及白光的LED有效光辐射随结温的变化关系

图1:一组从绿光到蓝光以及白光的LED有效光辐射随结温的变化关系

注:数据来源于Lumileds Luxeon DS25的性能数据表

  在这篇文章中,我们将讨论怎样通过实测利用结构函数来获取LED封装的热模型,并将简单描述一下我们用来进行测试的一种新型测试系统。此外,我们还将回顾电——热仿真工具的原理,然后将此原理扩展应用到板级的热仿真以帮助优化封装结构的简化热模型。在文章的最后,我们将介绍一个应用实例。

  建立LED封装的简化热模型

  关于半导体封装元器件的简化热模型(CTM)的建立,学术界已经进行了超过10年的讨论。现在,对于建立封装元器件特别是IC封装的独立于边界条件的稳态简化热模型,大家普遍认同DELPHI近似处理方法。为了研究元器件的瞬态散热性能,我们需要对CTM进行扩展,扩展后的模型称之为瞬态简化热模型(DCTM)。欧盟通过PROFIT项目制定了建立元器件DCTM的方法,并且同时扩展了热仿真工具的功能以便能够对DCTM模型进行仿真计算。

  当CTM应用在特定的边界条件下或者封装元器件自身仅有一条结-环境的热流路径,则可以用NID(热阻网络自定义)方法来对元件进行建模。

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