大功率LED散热技术和热界面材料研究进展

LED结温的升高将造成发光强度降低、发光主波长偏移、寿命降低等不利影响,开发高效、紧凑、低成本、高可靠性的散热技术是LED的重点研究内容之一。总结了目前大功率LED不同类型散热技术的原理及其研究现状,包括自然对流、风冷、液冷、热管和热电制冷等,分析了各种散热技术的优缺点。并介绍了目前LED常用的几种热界面材料,指出碳纳米管是一种非常有潜力的热界面材料。     

大功率LED照明灯有限元热设计与高效系统开发

随着LED亮度要求的不断提高,LED的温度分布和采用的散热手段对LED的可靠性有很大影响。利用ANSYS软件对LED照明的散热问题进行了详细的模拟计算。基于100 WLED实验和模拟结果的一致性,分析比较了不同结构和加载方式对200 WLED温度分布的影响。采用增加散热片个数及其长度、Al锭厚度、灯头的直径等因素,对LED的散热进行了优化设计,结合基于VC++的二次开发系统,较好实现了LED热模拟分析。研究发现LED照明灯的传热方向主要是轴向,轴向散热设计可提高LED开发效率;点阵排列LED灯的温度分布呈现一定的温度梯度;在基于实验验证的模拟可以较好实现不同功率的LED灯散热设计。模拟分析为LED的散热方案优化设计提供了有效的参考依据和手段。     

照明用大功率LED散热研究

大功率LED体积小、工作电流大,输入功率中大部分转化为热能,散热是需要解决的关键技术.文章介绍了大功率LED热设计的方法,针对大功率LED的封装结构,建立了热传导模型;对某照明用大功率LED阵列进行了散热设计,通过仿真分析和热评估试验验证了所采用的散热方法和设计的散热器满足LED阵列的散热要求.     

大功率LED典型热沉结构散热性能分析

设计了三种大功率LED照明装置,并对其二次热沉散热进行了散热原理比较、实验性能分析,建立了热阻网络模型,对其进行了结温计算和寿命预测,发现微热管、薄肋片、风扇可以很好地实现散热.利用正交试验法对LED照明装置结温的影响因素进行了模拟分析,发现自然对流条件下,对流换热系数的影响可忽略不计,而需尽量提高导热环节的热导率并结合其散热能力进行功率的控制.为微热管散热技术提供了技术参考,为大功率LED器件的二次热沉散热提供了有效的实现途径.     

基于板上封装技术的大功率LED热分析

根据大功率LED板上封装(COB)技术的结构特点,提出三种COB方法.第一种方法是把芯片直接键合在铝制散热器k(COB-III型),另外两种方法是分别把芯片键合在铝基板上和铝基板的印刷线路板上(COB-II和COB-I型),并对三种COB的热特性进行有限元模拟、实验测量和对照分析.结果表明:在环境温度为30℃时,采用第...     

大功率LED路灯的散热结构设计和参数优化

为了达到对大功率LED路灯产品既降低制造成本(散热器质量)又加快散热的目的,优化了LED路灯散热器结构.在对原有结构参数化建模及热分析的基础上,采用正交试验分析了散热器中平板厚度、翅片厚度、翅片间距、翅片高度4因素对产品质童与散热效果的影响,并研究了同一结构下热传导与热对流两种方式对散热的影响,最终得出了一个较为理想的...     

烟囱效应在大功率LED灯具散热器设计中的影响分析

烟囱效应具有强化对流、增强换热的能力。本研究设计了一款基于烟囱效应的大功率LED灯具散热器,采用有限元分析法分析烟囱效应在散热器散热过程中的作用效果。分别探讨了烟囱的高度、烟道孔径以及烟囱个数对散热器散热性能的影响。研究表明,本研究中烟囱烟道孔径的最佳尺寸为6mm。烟囱的高度可依据散热器的高度设计取40 mm~50 mm。在设计条件允许的前提下,烟囱个数越多散热器散热效果越好。     

硅基热沉大功率LED封装阵列散热分析

为求解硅基热沉大功率LED封装阵列在典型工作模式下的热传导情况,采用Solidworks建立了2×2封装阵列的三维模型,模拟了其温度场分布,同时结合传热学基本原理分析计算了模型各部分的温度值,并对实际工艺制备出的封装器件的结温进行了测量。结果表明,理论计算值与热仿真结果基本一致,测量值也能很好地与理论计算值相吻合。     

大功率LED封装的散热分析

建立大功率LED的三维封装模型, 利用有限元方法对LED的温度场分布进行模拟计算, 通过改变LED封装的相关参数, 分析得到了键合材料和基板厚度等对LED封装散热的影响, 这一设计方法对优化LED的封装具有一定的指导意义。     

大功率LED灯散热性能研究

在对散热性能对大功率LED灯性能的影响进行分析的基础上,探讨了影响大功率LED灯散热性能的相关因素,并以具体的对象设计了大功率LED灯的结构参数。     

基于热管散热的人功率LED热特性测量与分析

提出了一种新型结构的同路热管,建立了回路热管性能测试试验装置.在相同的测试条件下,研究了热负荷、倾角等对回路热管的起动特性和均温特性、热阻等传热性能的影响.试验结果表明,热管散热器的热阻在0.21 K/W～2.6 K/W之间,且整个散热器具有均匀的温度分布.与当前的LED散热器相比,这种结构的热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、加工方便、热阻小、重量轻、成本低等特点,可以满足大功率LED散热的要求.     

热界面材料对高功率LED热阻的影响

散热不良是制约大功率LED发展的主要瓶颈之一, 直接影响着大高功率LED器件的寿 命、出光效率和可靠性等。本文采用T3ster热阻测试仪和 ANSYS热学模拟的方法对LED器件进行热学分析,以三种热界面材料(金锡,锡膏,银胶)对LE D热阻及芯片结温的影响为例,分析了热界面材料的热导率、厚度对LED器件热学性能的影响 ,实验结果表明界面热阻在LED器件总热阻中所占比重较大,是影响LED结温高低的主要因素 之一;热学模拟结果表明,界面材料的热导率、厚度及界面材料的有效接触率均会影响到LE D器件结温的变化,所以在LED器件界面互连的设计中,需要综合考虑以上三个关键参数的控 制,以实现散热性能最佳化。     

大功率LED照明系统的热管理设计

由于大功率LED工作时所产生的大量热量,使得大功率LED照明系统中的热管理成为一个非常重要的议题.文中分析了在大功率LED照明系统中热传导、热对流和热辐射这3种热传递方式的应用,并分别提出了优化的方案.对于大功率LED照明系统的热管理设计,我们提出要系统考虑热通路的每个环节,通过分配温度梯度预算来选取适当的方案,以达到良好的散热效果.     

Thermal simulation of joints with high thermal conductivities for power electronic devices

The thermal properties of new power modules joined by materials with high thermal conductivities, such as Ag or Cu nanoparticle joints, can differ from those of current modules joined by ordinary solders with low thermal conductivities. However, these properties have not been thoroughly investigated thus far. The overall thermal resistance of a simple simulation module was calculated by the 3-dimensional finite element method to study the correlation between the thermal conductivity of the joint layer and the thermal properties. The calculation results identified an optimal thickness to achieve the minimum thermal resistance when the thermal conductivity of the joint layer is much higher than that of the heatsink. This is presumed to occur because the thermal resistance decreases in the heatsink much more than it increases in the joint layer, owing to the increased uniformity of thermal spreading as the joint-layer thickness increases to the optimal value. This effect of thermal resistance reduction with thickening of the joint layer is seen when the thermal conductivity of the joint layer is sufficiently higher than that of the heatsink and the area of the joint layer is sufficiently smaller than that of the heatsink. The same effect is also expected in an actual module with a joint between a silicon carbide chip and a direct bonded copper substrate. This study reveals that the design concept for power modules should change to preliminarily estimate the optimal thickness to achieve the minimum thermal resistance when the thermal conductivity of the joint layer is much higher than that of the heatsink.     

Thermal simulation and optimization design on a high-power LED spot lamp

In this paper, thermal characteristics of the high-power LED spot lamp are reported. The emphasis is placed upon optimizing design of the heat sink of LED spot lamp using the optimization module and the orthogonal-experiment method. Results demonstrate that the weight of the heat sink is decreased to 46.1% of that for the initial structure, and the influence of each factor on junction temperature and weight of the heat sink is acquired by range analysis. Finally, the influence of ambient temperature and natural convection coefficient on the LED maximum temperature is analyzed. The results and the optimizing methodology are of great importance to the thermal design of LED lamps.     

大功率数码管驱动电路的优化设计

对大功率数码管（LED）的功耗进行了分析和计算,指出大功率LED不能简单地用七段译码器进行驱动,而必须进行专门设计。以5英寸数码管为例,对其译码驱动电路进行了对比研究,指出在各种驱动电路中,基于数字芯片MC1413的驱动电路是最优设计。设计了实验电路,实验结果验证了理论分析的正确性和所提出方法的可行性。     

大功率LED灯具散热器的优化设计研究

LED的散热性能对其寿命有至关重要的影响,而现阶段LED的散热器设计方法很多依靠的是经验值。本文针对这一问题,提出一种散热器的优化设计方法,该方法首先基于大量实验数据研究了散热器翅片单一因素（包括翅片高度、翅片间距、翅片厚度、底板厚度）对散热性能的影响,然后运用正交试验法,综合分析了各因素对散热性能的影响程度,最终得到了翅片参数的最优水平组合。最后本文利用此方法,设计了一款新的散热器,实验表明该LED灯源芯片温度降低,并计算了优化后翅片的效率。     

Thermal characterization of high power LED with ceramic particles filled thermal paste for effective heat dissipation

The next generation packaging materials are expected to possess high heat dissipation capability. Understanding the needs for betterment in the field of thermal management, the present study aims at investigating the package level analysis on a high power LED. In this study, commercially available thermal paste was heavily filled with ceramic particles of aluminium nitride (AlN) and boron nitride (BN) in order to enhance the heat dissipation of the device. Different particle sizes of AlN and BN fillers were incorporated homogenously into the thermal paste and applied as a thermal interface material (TIM) for an effective system level analysis employing thermal transient measurement. It was found that AlN TIM achieve less LED junction temperature by a difference of 2.20 °C compared to BN filled TIM. Furthermore, among D₅₀ = 1170 nm, 813 nm and 758 nm, the AlN at D₅₀ = 1170 nm was found to exhibit the lowest junction temperature of 38.49 °C and the lowest total thermal resistance of 11.33 K/W compared to the other two fillers.     

基于JY2410的LED高压驱动电源

采用高亮度的小功率贴片LED驱动芯片JY2410作为主控制器,设计一款在输入电压200~260V、输出恒流电流约为30mA的高效节能、低成本LED驱动恒流驱动电源。主要通过改变输入电压以及不同的驱动负载来测定JY2410的应用价值,该电路设计简单、成本低、效率高,特别适合应用于要求不高的照明应用。