功率型LED散热基板的研究进展

在与传统LED散热基板散热性能比较的基础上,分析了国内外功率型LED散热基板的研究现状,介绍了金属芯印刷电路板、陶瓷基板、金属绝缘基板和金属基复合基板的结构特点、导热性能及封装应用,指出了功率型LED基板材料的发展趋势及需要解决的问题.     

大功率LED封装基板研究进展

随着大功率LED向高电流密度、高光通量发展,热流密度猛增使得LED散热问题日益严重。封装基板对LED的散热至关重要。在简介LED的封装结构及散热方式的基础上,分析总结了常见封装基板材料的性能参数,并对目前市场常见封装基板MCPCB、DBC、DAB、DPC、LTCC、HTCC、Al/SiC以及最近出现的新型材料基板的特征、制造工艺、应用等进行了综述。     

嵌埋陶瓷基板散热的热阻问题分析

基于热电分离式设计理念,首先将表面经金属化处理且具备高导热率的AlN陶瓷片局部嵌入导热率较低的FR4材料中,利用压合工艺将二者复合制备成用于LED散热管理的嵌埋陶瓷基板;然后借助SMT工艺将LED灯珠与上述散热基板组装成LED模组;最后利用结温测试仪以及恒温控制系统对不同AlN尺寸及不同功率LED的上述模组进行了结温测试,并依据结温测试结果对上述嵌埋陶瓷基板的散热能力进行了对比研究。结果表明,当LED功率一定时,随着AlN陶瓷片尺寸不断加大,嵌埋陶瓷的扩散热阻及一维热阻均随之减小,从而致使基板总热阻呈现出下降趋势,LED的结温也因此而随之降低。而随着LED功率不断增加,嵌埋同一尺寸AlN陶瓷片的散热基板因一维热阻保持不变,扩散热阻不断增加,从而导致基板的总热阻也不断增加。     

LED封装基板研究新进展

基板散热是LED散热的最主要途径,其散热能力直接影响到LED器件的性能和可靠性。总结了LED封装基板材料的性能,综述了金属基板、陶瓷基板、硅基板和新型复合材料基板的研究进展,展望了功率型LED封装基板的应用和发展趋势。综合表明,MCPCB,DBC,DAB,DPC等基板各具优势,但DPC基板各种制备工艺参数合适,特别是铝碳化硅基板(Al/Si C)有着低原料成本、高导热、低密度和良好可塑性的显著优势,有望大面积推广应用。     

陶瓷基板表面金属化研究现状与发展趋势

散热基板是大功率电子元器件散热的重要通道,其导热性能将直接影响功率型电子元器件的可靠性与使用寿命。详细介绍了陶瓷作为高导热的散热基板材料,其表面金属化的技术方案及发展现状,同时指出了各种金属化方案的关键技术难点,对比分析了各类陶瓷封装散热基板的特点与性能差异,并在此基础上对陶瓷基板的发展趋势进行预测。     

金刚石/铜复合材料对大功率LED性能影响的数值分析

解决大功率发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的散热问题是提高LED封装可靠性的重要环节,其突破点就是对芯片热沉和基架材料及封装结构的设计.本文采用有限元方法研究了热沉材料及散热结构对大功率LED散热性能的影响.结果表明,当大功率LED具有相同的水冷散热结构、不同的热沉材料时,其温度场分布的趋势一致,都是芯片处的温度处于最高,随着与芯片距离的增加温度逐渐降低,水冷部分处于最低.与采用铜热沉的大功率LED相比,采用金刚石/铜复合材料热沉的大功率LED的芯片结温更低,芯片功率为5W和20W时芯片结温的降低率分别为9％和120,因此,金刚石/铜复合材料对降低大功率LED芯片结温的效果比较明显,且LED的芯片输入功率越大,金刚石/铜复合材料热沉对LED散热起到的作用越大.当大功率LED具有相同的金刚石/铜复合材料热沉、不同的散热结构时,水冷散热结构的散热效果要远远高于鳍片散热结构.     

浅谈热管在LED路灯中的应用

随着LED行业的发展,大功率LED的发展越来越快,而散热问题仍然是制约大功率LED发展的首要问题。为了确保大功率LED能在较低的结温环境中工作,改变传统的散热方式势在必行,本文主要介绍了热管技术在大功率LED中的应用,热管技术的应用,对大功率LED灯具的发展有着重要的意义。     

基于FLOEFD的散热器翅片间距仿真设计

新一代大功率白光LED光源具有很多优点,如节能、环保、寿命长等,但大功率LED的散热也是一个至关重要的问题。如果LED散热问题解决不好,LED灯具工作一段时间后就会输出光功率减小,芯片加速老化,工作寿命缩短。文章从LED散热问题着手,详细介绍了目前广泛商用的大功率LED器件结构及导热途径、所用散热片的特点,以及LED所用的散热片设计和模拟方法。     

大功率LED封装用散热铝基板的制备与性能研究

通过正交试验分析了阳极氧化法制备LED封装用铝基板过程中电流密度、硫酸质量浓度、温度和时间等因素对其热阻、厚度、绝缘电阻率的影响.得到了制备低热阻铝基板的最佳工艺参数.根据优化参数制备了阳极氧化铝基板,将LED分别封装在自制基板和深圳光恒光电公司提供的铝基板上,检测温度与时间变化的关系,结果表明,自制散热铝基板性能更优.     

大功率LED器件散热技术与散热材料研究进展

随着LED(light emitting diode)器件功率的增大,造成结温升高并导致LED器件可靠性和使用寿命明显降低。因此开发高效、低成本,且可靠性高的散热技术与散热材料已成为大功率LED器件研发领域的一个重要研究方向。从LED芯片结构设计、辅助散热装置及封装散热材料的设计与选用这3个方面对大功率LED器件的散热技术与散热材料研究进展进行了综述。     

GaN基LED图形衬底的性能研究

蓝宝石图形衬底可以降低外延位错密度并增强背散射光, 已经成为制备高亮LED有效技术手段。本研究运用时域有限差分(FDTD)法模拟和比较了GaN基微纳米图形衬底LED几种衬底图形结构对光的提取效率的影响。模拟结果显示纳米图形衬底(NPSS)对光效的提高明显优于微米图形衬底(MPSS)。在对圆柱、圆孔、圆台、圆锥和曲面锥等纳米结构的研究中, 圆台柱结构的纳米图形衬底对光提取效果最好。通过进一步模拟优化, 得到圆台结构的最佳参数, 此时相对于普通衬底LED光的提取效率提高了96.6%。试验中, 采用软模压印技术在蓝宝石基片上大面积制备出纳米圆台图形衬底, 并测得外延生长GaN层后的外延片的PL强度增加了8倍, 可见纳米图形衬底对提高LED的出光效率有显著效果。     

功率型LED瞬态温度场及热应力分布的研究

针对功率型LED器件的热特性,以热应力理论为依据,采用有限元软件ANSYS进行热应力计算,得到了Lumileds的1 W LED瞬态温度场和应力场分布云图,基板顶面平行于X轴路径上的热应力,应变及剪应力的分布曲线.模拟结果表明最大应力集中在键合层边角处;轴向最大位移在透镜与热沉接触边缘;最大剪应力集中在键合层的边角区域...     

大功率LED封装材料的研究进展

环氧树脂封装材料由于存在诸多不足,长期以来仅限于小功率LED的封装,而大功率LED的封装只能依赖国外进口的有机硅封装材料.通过高折射率无机氧化物的改性作用而制备的纳米改性有机硅封装材料是近年发展的一类新型大功率LED封装材料,但其粒子的分散性、与基体的相容性以及封装后的稳定性等仍然是国内众多研究人员需要继续研究和探讨的关键问题.     

大功率压电变压器用压电陶瓷材料发展现状

随着科学技术的进步和压电变压器在生产中的应用，压电陶瓷变压器逐渐向“大功率”、“小型化”方向发展，对压电陶瓷材料提出了更高的要求，简而言之就是“双高”及“双低”，即高“Qm”、高“Kp”和低“tanδ”、低“TCf，”。同时为降低生产成本，压电陶瓷材料应具有尽可能低的烧结温度。本文即以此为中心，对我国大功率压电材料的生产及发展现状、各项性能的影响因素及其成份选择原则做出了相应的讨论。     

Enhancement of Heat Dissipation in Ultraviolet Light‐Emitting Diodes by a Vertically Oriented Graphene Nanowall Buffer Layer

For III‐nitride‐based devices, such as high‐brightness light‐emitting diodes (LEDs), the poor heat dissipation of the sapphire substrate is deleterious to the energy efficiency and restricts many of their applications. Herein, the role of vertically oriented graphene (VG) nanowalls as a buffer layer for improving the heat dissipation in AlN films on sapphire substrates is studied. It is found that VG nanowalls can effectively enhance the heat dissipation between an AlN film and a sapphire substrate in the longitudinal direction because of their unique vertical structure and good thermal conductivity. Thus, an LED fabricated on a VG‐sapphire substrate shows a 37% improved light output power under a high injection current (350 mA) with an effective 3.8% temperature reduction. Moreover, the introduction of VG nanowalls does not degrade the quality of the AlN film, but instead promotes AlN nucleation and significantly reduces the epilayer strain that is generated during the cooling process. These findings suggest that the VG nanowalls can be a good buffer layer candidate in III‐nitride semiconductor devices, especially for improving the heat dissipation in high‐brightness LEDs.     

Luminaries-level structure improvement of LEDs for heat dissipation enhancement under natural convection

Heat dissipation enhancement of LED luminaries is of great significance to the large-scale application of LED. Luminaries-level structure improvement by the method of boring through-hole is adopted to intensify heat dissipation. Furthermore, the natural convection heat transfer process of LED luminaries is simulated by computational fluid dynamics (CFD) model before and after the structural modification. As shown by computational results, boring through-hole is beneficial to develop bottom-to-top natural convection, eliminate local circumfluence, and finally form better flow pattern. Analysis based on field synergy principle shows that boring through-hole across LED luminaries improves the synergy between flow field and temperature field, and effectively decreases the thermal resistance of luminaries-level heat dissipation structure. Under the same computational conditions, by luminaries-level structure improvement the highest temperature of heat sink is decreased by about 8°C and the average heat transfer coefficient is increased by 45.8%.     

X-band linac technology for a high repetition rate light source

Traditionally, the pulse-to-pulse charging and switching time for a thyratron-switched line-type modulator has limited the repetition rate of normal-conducting high-energy linacs; however the recent development of solid-state modulators employing IGBT switches has allowed the repetition rate of a high-power modulator to be increased by an order of magnitude. When combined with the high accelerating gradients that can be achieved in an X-band accelerating structure, this enables a relatively compact linear accelerator to be constructed that can operate with a pulse repetition rate in excess of 1 kHz. A study has been undertaken on the issues arising from the operation of an X-band linac in this mode, including a survey of availability and limitations of modulators, klystrons and structures. Close attention has been paid to the dissipation of power in critical parts of the high-power RF chain, both on average and transiently during the high-power RF pulse.