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实验分析:不同散热器参数对片式COB光源结温的影响程度

导读: 本文对新型自散热片式COB光源的散热性能进行分析,采用正交试验法进行试验设计,采用极差分析法得出了不同散热器参数对片式COB光源结温的影响程度大小为……

  根据“烟囱效应”,提出了在散热器中合理设计流道来增强片式COB光源模组自然对流强度的方法。

  采用正交试验法分析了片式光源散热器的六个形状尺寸对片式COB光源结温和成本(以散热器体积表征)的影响。

  采用极差分析法得出了不同散热器参数对片式COB光源结温的影响程度大小为:翅片片数>翅片高度>翅片长度>翅片厚度>翅片间距>基底厚度,对成本(散热器体积)的影响程度大小为:翅片片数>翅片长度>翅片厚度>基底厚度>翅片高度>翅片间距。

  综合考虑光源结温和成本,得到15 W片式光源模组散热器的最优尺寸。提出在散热器基底中央位置加导热筋的散热方案对前片式光源模组存在的热集中现象进行了改进。

  现有COB光源是将多个LED芯片呈矩形阵列或圆形阵列封装在一个平面基板上,由于平面阵列中各个LED芯片产生的热量会相互耦合影响每个LED芯片的温度分布,使得中心区域的LED的热量难以散出,热量集中,结温升高。在COB光源工作过程中,就会形成中间区域的LED芯片结温高、四周LED芯片结温低的非均匀温度分布,使得COB光源中的LED芯片的光电参数不一、衰减情况各异,发光品质降低、使用寿命变短。

  LED 片式COB光源是最近出现的一种新型COB光源,具有散热性能好,芯片结温分布一致,可沿用传统直插生产线批量化生产,应用设计简单等特点。

  片式 COB 光源自散热性能

  本文所研究的片式COB光源直接将大功率LED芯片固晶在铝支架上,LED所产生的热量直接通过固晶材料传导到铝支架上,由于铝支架本身有一定的散热面积,因而本片式COB光源自身就具备一定的散热能力。为了体现片式COB光源自身散热能力的大小,对片式光源进行热模拟。

COB封装

  如图1所示,为片式COB光源工作在1.5 W时的热模拟结果,图1(a)为片式COB光源的三维热模拟模型,该模型主要由拉铝支架和大功率LED芯片组成,由于固晶胶厚度很薄,为方便后续的网格划分以及整个模拟结果的准确性,采取将固晶胶层折合到LED芯片中。根据热阻理论,传导热阻为:

  式中:λ为导热介质的导热系数,单位为W/(m·℃);d 为沿热流方向的热传导距离,单位为m;A为垂直于热流方向的横截面积,单位为m2。LED芯片中产生热量的部位在PN结处,但PN结处的厚度相对于蓝宝石衬底的厚度非常小,可忽略,因而可以用蓝宝石的导热系数表征LED芯片的导热性能。蓝宝石的导热系数约为57 W/(m·℃),固晶胶的导热系数约为1 W/(m·℃),LED芯片厚度为0.1 mm,固晶胶厚度约为LED芯片厚度的1/10。按照热阻理论模型,LED芯片热阻和固晶胶热阻为串联关系,记LED芯片热阻为R 1,固晶胶热阻为R 2,简化之后的LED芯片的热阻为R ,则R 1+R 2=R,将式(1)代入可得:

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