高功率LED散热基板发展趋势

LED发展，散热是关键。随着LED材料技术的不断突破．LED的封装技术也随之改变，从早期单芯片的炮弹型封装逐渐发展成扁平化、大面积式的多芯片封装模块，其工作电流由早期的低功率LED，进展到目前的1／3至1A左右的高功率LED，散热问题日益凸显。本文作者立足高功率LED散热研究，给我们介绍了高功率LED散热基板的发展趋势。[编者按]     

基于有限元法的功率模块模态及振动响应分析

针对功率模块在振动环境下的可靠性问题,通过Solidworks软件建立功率模块的三维模型,利用有限元仿真软件对模型进行模态分析及谐响应分析,并在此基础上研究随机振动下不同基板材料及厚度、不同焊料层材料及厚度对基板焊料应力和芯片焊料应力的影响。研究结果表明,基板厚度从1.5mm增加到5mm时,基板焊料应力和芯片焊料应力呈下降趋势,不同材料基板对基板焊料应力和芯片焊料应力的影响程度从大到小依次为Cu基板、Al基板、AlSiC基板,不同陶瓷覆铜板（DBC）焊料对基板焊料应力的影响程度从大到小依次为Ag3.5Sn96.5、Sn63Pb37、SAC305,不同芯片焊料对芯片焊料应力的影响程度从大到小依次为Ag3.5Sn96.5、Sn63Pb37、SAC305。     

基于功率型LED散热技术的研究

散热制约了LED功率的进一步提高。本文在分析功率LED受热效应影响的基础上,从改进LED结构角度来解决散热问题。芯片采用倒装焊结构,可降低热阻,提高散热能力,对倒装焊结构的热能扩散途径进行了阐述,指出采用导热性能优良的封装材料是提高散热效率的重要途径。并对密封材料,键合材料,散热基板对散热的影响作了详细的分析,最后介绍了采用热沉散热的最新进展,并提出了今后的研究方向。     

基于RCP封装的芯片模型电热模拟

基于集成电路重分布封装技术(redistributed chip packaging,RCP)的发展,通过提取芯片封装体的具体参数,建立并优化了RCP芯片的热学模型。采用有限元的方法计算了该模型在一定热耗散功率下,施加不同风速条件时的温度分布情况,结果表明:强制对流条件的施加显著增强了RCP芯片封装体的散热能力,4m/s的风速可使其系统热阻降低58%,但是随着风速的增大,其影响不断减弱。所得出的具体风速与芯片结温的关系,可为RCP封装技术的散热设计提供有价值的参考。     

LED封装的研究现状及发展趋势

LED因其高效化、高功率化、高可靠性和低成本的不断发展,LED封装技术在越发重要的同时面临巨大的挑战。在封装过程中,封装材料和封装结构对LED散热与出光的影响最为关键。本文主要从封装材料（芯片、基板、热界面材料、荧光粉）和封装结构（Lamp、Surface Mounted Devices（SMD）、Chip on Board（CoB）、Remote Phosphor（RP））上,阐述LED封装的研究现状以及发展趋势。     

芯片封装参数对功率模块热特性影响的研究

由于温度分布不均匀以及封装中各层材料之间的热膨胀系数不同,使功率模块在工作中产生交变的热应力,造成焊层疲劳、键合线脱落等失效形式,因此研究模块的热特性尤为重要。热的测量是电力电子系统中最困难的工作之一,对封装结构进行电-热-力精确的仿真分析,能够准确了解对器件不同部位的温度、应力分布。采用基于电-热-力多物理场的有限元仿真,研究了封装材料、封装参数和封装结构对功率器件的温度、热阻、热应力这些热特性的影响,为优化封装设计,最终提高功率模块可靠性提供了一定的参考。     

大功率LED封装热性能因素的有限元分析

针对大功率LED封装器件散热性能的影响因素,重点利用有限元ANSYS软件模拟分析了环境温度、芯片衬底、光电转换效率、导热胶、介电层厚度和空气对流系数等对LED封装散热效果的影响.这些因素对热性能影响的对比分析为提高热设计性能和制定封装制造工艺提供了参考和尺度.     

基于LED不同封装类型散热分析

应市场要求,LED芯片功率不断增大,导致LED工作时结温升高,因此对产品的散热性能要求也越来越高.综合分析目前市场上LED灯的不同封装类型及研究现状后,本文基于Fluent有限体积方法对LED的SMD(表面贴片)封装和COB(板上芯片)封装进行散热分析.结果 表明:3种不同结构的COB封装中,倒装COB封装散热效果最好...     

多芯片组件基板的热效应分析

针对大功率多芯片模块,建立了简化传热模型,利用有限元数值方法,对其热阻和温度场进行了稳态和瞬态分析.模拟结果表明:模块的散热方式以热传导为主.由芯片到外壳底面的热通路为主要散热途径,采用导热性能好的基板是非常有效的散热方案:绝缘层热阻占整个基板热阻的65%;模块设计时要尽量减小功率互连引线的寄生电感和电阻.合理安排功率管芯位置,要求布线尽量短而宽.多个功率芯片要尽量均匀分布于基板上,以此降低结温,避免热集中现象.     

基于ANSYS的LED灯丝热仿真分析

随着越来越多的国家开始推行禁止使用白炽灯的计划,钨丝白炽灯行将消失,LED灯丝灯将逐步取代钨丝白炽灯.但是,目前散热问题成为影响LED寿命、光效、光衰和色温等技术参数的重要因素.通过对LED灯丝封装中常用的陶瓷基板和玻璃基板这两类不同基板材料进行有限元热学仿真模拟,分析不同封装材料的散热性能.分析结果表明:陶瓷基板的导热系数明显大于玻璃基板,其散热性能优于玻璃基板的散热性能.     

大功率LED灯具散热的优化设计

对大功率LED灯具的散热进行研究。从大功率灯具的散热器材料选择、散热器结构的优化设计、散热器表面处理工艺、有效散热面积、对流条件等几个因素进行分析与散热性能的关系,对各种不同的散热技术进行整合优化。结果表明：改善LED灯具的对流环境、对散热器表面进行工艺处理、合理选择散热器的材料和优化散热器的结构设计均能提高大功率LED灯具的散热效果。     

基于铜铝基板和热沉组合的LED散热性能的研究

大功率LED具有节能环保、发光效能高等诸多优点,但是散热问题制约了它的快速发展.本文针对CREE公司6W大功率LED芯片,测试其基于铜铝材料基板与热沉组合的散热性能、光电性能及热分布,从而对所涉及的材料和结构进行反馈改进,实现对LED芯片的基板与热沉的最优选择.通过对原理和实验结果的分析,得出黄铜的散热性能并不差,黄铜和铝的基板热沉混合组合其散热效果与性能表现要好于同种材料的组合,并指出提高LED散热能力的关键是散热结构与散热面积.     

防火电容器热稳定性研究

防火电容器作为一种新型电力电容器,非常有必要研究其热平衡问题。本文建立了防火电容器的热平衡数学模型,并分析了其热传导过程与现有并联电容器的差别。然后,通过热稳定试验研究了外壳散热面积和防火介质对防火电容器温升的影响。研究成果能为防火电容器的散热设计提供参考。     

大功率LED热管散热器研究

大功率LED的结点温度过高会降低其发光效率和可靠性,并缩短使用寿命,这也是限制LED光源大规模应用的主要瓶颈。为了解决大功率LED芯片的散热问题,本文提出了一种热管与空气强制对流相结合,并采用蜂窝板作为蓄热结构的热管散热装置,建立了三维模型,采用CFD软件对其进行了数值计算,主要研究了热功率、散热片间距和风压对散热器性能的影响。模拟结果表明该散热器能有效地降低大功率LED结点温度,结点温度随输入功率成线性变化,得出了散热片合理的间距,通过综合考虑散热、风机功耗、稳定性等因素,确定风压的值。     

基于相变材料的方形动力电池散热模拟研究

首先对电池的产热方式进行了分析,然后根据相变问题求解焓法模型以及相关热传导理论,建立了基于相变材料的方形单体电池散热三维热模型。在此模型基础上结合方形电池表面的外形结构,分析了不同相变材料结合方式,不同相变材料用量以及不同表面换热系数对电池工作温度的影响。研究表明:在电池四周包裹相变材料比只在两侧结合的方式具有更好的降温能力,但是两侧结合具有更小的温差;相变材料厚度3 mm或对流换热系数达到21 W/(m~2·K)时,可以使电池的工作温度始终低于50℃,但是继续增大数值取得的效果不明显。     

不同封装形式压接型IGBT器件的电-热应力研究

基于多物理场建模对比分析全压接和银烧结封装压接型IGBT器件的电-热应力。首先根据全压接和银烧结封装压接型IGBT的实际结构和材料属性,建立3.3 kV/50 A压接型IGBT器件的电-热-力多耦合场有限元模型;其次仿真分析额定工况下2种封装IGBT器件的电-热性能,并通过实验平台验证所建模型的合理性;然后研究了3.3 kV/1 500 A多芯片压接型IGBT模块的电-热应力,并探究了不同封装压接型IGBT器件电-热应力存在差异的原因;最后比较了2种封装压接型IGBT器件内部的电-热应力随夹具压力和导通电流变化的规律。结果表明银烧结封装降低了压接型IGBT器件的导通压降和结温,提升了器件散热能力;但银烧结封装也增大了IGBT芯片表面的机械应力,应力增大对IGBT器件疲劳失效的影响亟需实验验证。     

锅炉散热量的实时测量

针对火力发电厂锅炉缺少散热量测量的实际情况, 提出了一种炉体散热量的实时测量方法, 传感器是由Ｋ型热电偶组成的热电堆, 采用不同区域内的多个传感器正向串联输出的方法解决了热流密度分布不均匀表面的散热量测量问题。能够实时显示散热流量值, 实时监测炉体保温层材料的劣化及局部破损。该方法以成熟的技术为基础, 因此是可行的     

新型平板热管的传热性能研究

为了提高普通蒸汽腔平板热管的机械强度和传热性能，提出了一种热端与冷端之间设有液态工质回流柱的新型平板热管，并对以该种平板热管为热扩散基板的集成模块的传热性能进行了实验研究。研究结果表明，在热耗散功率较大时，平板热管基板模块的结壳热阻、管芯至基板间热阻均比纯铜基板模块小，而且其结壳热阻分别比同厚度和同重量的纯铜基板模块的结壳热阻小30％和40％。该结果说明新型平板热管比纯铜基板具有更好的热扩散性能，适合于大功率模块设计     

MH-Ni动力电池散热能力影响因素分析

为了给金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)散热能力优化设计提供定量依据,以80AhMH-Ni动力电池为对象,建立MH-Ni电池热模型,分析表面对流传热系数、外壳导热系数和外壳厚度对MH-Ni电池散热能力的影响。研究表明,提高表面对流传热系数、外壳导热系数可以显著提高电池散热能力,但改变电池外壳厚度带来的影响如何要具体情况具体分析。     

侧面送风冷却LED的热封装方法及其三维数值仿真研究

LED（Light Emitting Diode）芯片结温的高低直接影响其出光效率、工作寿命和可靠性。本文提出一种旨在确保LED在结温下安全、低噪音、稳定运行的侧面出风封装新方法。建立了该方法的三维传热学模型,研究了不同风压和不同LED芯片功率对其温度的影响。数值仿真结果表明：新型散热方法能够有效地冷却大功率LED,比如能使40W LED在120Pa风压,27℃环境温度时温升仅为15℃;LED芯片的平均温度与其整个模块的功率呈线性增长关系;在使用该系统对LED进行冷却时,应平衡好LED芯片温度、风机功耗、系统尺寸的关系,并合理地选取进风口处风压。