高功率密度紫外LED光源模块的液态金属散热系统

紫外LED光源具有十分广阔的市场应用空间,而提高紫外LED光源的功率密度是其性能优化的重要需求之一。散热问题是目前研究高功率密度紫外LED光源所面临的主要难题。本文提出了一个针对紫外LED光源模块进行散热的液态金属散热系统,并实验研究了其散热性能。采用液态金属散热系统,紫外LED光源模块的工作电流最高可达到122.1 A,功率密度达到939.9 W/cm~2,此时芯片结温仅为79.7℃,说明该液态金属散热系统具有十分优秀的散热性能。     

全串联高功率密度紫外LED结构和散热研究

提高紫外LED光源模块的功率密度和辐照度已成为光固化应用的迫切需求。本文设计制作了一种6颗芯片串联的高功率密度UV-LED光源模块,加装了循环水冷散热器对其进行有效散热。通过仿真和实验对该模块的各项参数进行测试,证实仿真模型的预测能力。实验结果表明,全串联光源模块输入功率最高可以达到325.8 W,功率密度达到646.5 W/cm 2,此时芯片结温能够维持在130℃左右。     

用于大功率紫外LED的圆柱扰流散热器设计仿真

如何降低芯片结温成为大功率紫外LED应用的关键。本文提出了一种新型圆柱扰流水冷散热器，对光源模块进行高效热管理。采用COMSOL软件对散热系统进行热场和流场分析，分别从散热器盖板厚度、扰流柱直径、增加档板结构、流速设置四个方面进行优化仿真，有效改善流动均匀性、提高换热效果，将功率密度643 W/cm²的串联紫外LED光源模块的芯片结温由120℃降至95℃。     

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。     

热界面材料对LED车灯结温的影响

随着LED芯片功率不断提高所导致的热流密度逐渐增大,结温成为影响LED芯片性能稳定性的关键因素。为有效降低结温,研究如何利用高效的热界面材料,提高芯片与热沉之间的传热。以实际LED车灯为研究对象,进行了不同导热系数热界面材料的性能测试和LED车灯结温试验,配比得到了导热系数较优的液态金属热界面材料。同时,利用计算机对所建模型进行了数值模拟仿真,仿真结果与试验结果相吻合,验证了所建模型与仿真方法的准确性。结果表明:混有铜纳米颗粒的液态金属铋基合金形成的热界面材料导热系数能够达到10.42 W/(m·K),通过降低芯片与热沉之间的接触热阻使LED结温降低了7℃。以上结果为今后LED芯片热界面材料的制备与选择提供了新思路。     

功率LED热特性分析

随着LED功率的升高,热应力对LED的影响越来越显著,过高的结温不但会使器件寿命急剧衰减,还会严重影响LED的峰值波长,光功率,光通量等诸多性能参数。因此精确掌握LED器件的温升规律便成为了提高设备工作可靠性和芯片结构设计的关键所在。本文通过标准电学法对不同颜色的1W功率LED及不同功率的GaN基白光LED的结温和热阻进行了测量,实验结果表明：同种结构LED的温度系数K虽然离散但比较接近,不同结构LED芯片K明显不同;在相同衬底材料,相同芯片结构条件下,LED芯片结温会随芯片功率的增大而升高。并首次进行了变电流下不同功率LED芯片的结温和热阻测量,发现无论功率大小,结温均随热电流的增大而上升,功率越大,上升幅度也越大。随着LED两端所加电流的增大,3W白光LED的热阻呈上升趋势,而1W白光LED的热阻随电流增加基本不变。     

高功率密度紫外LED封装模组及其光固化应用

紫外LED芯片技术的快速进步,推动了其在光固化领域的应用。为了更好地满足工业生产应用的要求,开发了由铜板和Al N板构成的三明治结构的高功率密度紫外LED封装模组,兼顾了高效导电和导热性能。实现了单模组6颗芯片封装,辐射面积0.6 cm~2,输入功率432 W,功率密度720 W·cm~(-2),辐出度230 W·cm~(-2),辐射效率32%。由此制造出了性能卓越的大功率紫外LED光固化设备,在装饰板生产线以及光纤拉丝塔上得到应用。结果表明,紫外LED光固化设备具有节能80%的节能效果,且能大幅度提高产能,将为紫外光固化行业带来更多的革新和机遇。     

面阵LED路灯:低功率密度应用中的光色电热特性

介绍了1款低功率密度的面阵LED路灯的光色电热性能和应用。该路灯在色温5 000 K,显色指数70时,光效高达170 lm/W;在功率密度0.11~0.55 W/cm~2、基板温度45~85℃的范围内,结温只比基板温度高2~7℃。该路灯包含多块低功率密度封装的LED面光源模块,配合整体式配光的玻璃透镜,可以实现良好的蝙蝠翼配光,满足道路照明标准的要求。该路灯还具有成本低、无眩光危害、安装方便的特点,可以直接改装现有的高压钠灯灯具。该路灯可用于替换高压钠灯和金卤灯等传统路灯,节能70%以上。     

基于LT3476水冷散热人体感应式LED照明系统的设计

本文设计了一款基于linearLT3476芯片的智能LED照明系统。该系统可驱动1～32只大功率白光LED,并根据节能的要求,给出了基于热释红外线传感器人体检测触发电路。在设计中充分考虑了大功率LED工作时的散热问题,提出了可使热量快速散失,抑制温度在LED正常工作结温125℃以下,增加大功率白光LED的寿命的散热冷却器。实验和仿真证明,该系统安全可靠,经济节能,使用方便。     

大功率LED汽车前照明散热装置的设计与分析

伴随着LED制造工艺水平的不断提高,大功率自光LED逐渐应用于各类照日月领域。但是随着LED芯片工作时间的推移,其结温不断升高,导致LED芯片发光效率和可靠性不断降低,甚至失效。本文针对LED芯片发热严重的问题,运用PROE设计了三款90W汽车前照灯及散热装置;运用ANSYS分析软件分别对三种散热装置存自然对流和强制对流条件下进行热分析,通过对比最终确定采用强制对流均温饭式散热方案。对设计的前照灯进行实验测试,车前灯连续工作5个小时,测得LED芯片结温始终小于80℃,有效地解决了大功率LED汽车前照灯的散热问题。     

翅柱式IGBT水冷散热器的热仿真与实验

为分析翅柱式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)水冷散热器的换热性能,利用Hyper Mesh软件对IGBT元件和完整散热器建立高质量的网格,通过FLUENT软件计算得到了水冷散热器内部槽道的流速分布、IGBT元件与水冷散热器的温度场分布。为验证仿真方法的可行性,建立了水冷测试系统进行温升实验。考虑到IGBT元件不能长时间工作在极限工况,损耗特性与结温互相影响以及内部芯片结温不便测量等问题,实验中采用了自制的模拟热源代替IGBT元件。以实验条件作为输入参数,建立模拟热源与水冷散热器的网格模型并求解计算,对比分析表明水冷散热器安装面上测温点仿真结果与实验数据的相对误差在4%以内。     

LED模块/模组的结温测量研究

LED封装、模组以及终端产品LED灯和LED灯具的质量水平,例如发光量、色温等光性能,与LED内部芯片的结温高低密切相关。一般来说结温高,LED性能变差。因此,对于LED芯片企业和LED封装企业,了解LED芯片各层结构的热阻和COB-LED模组中各LED芯片的结温显得十分必要。同样,对于LED灯和LED灯具等终端产品企业,了解掌握LED芯片的结温也显得非常重要。目前现有的测量方法中多是非直接测量和计算,而影响LED结温测量的因素多,看不见、摸不着,导致对测量结果的定量可信度疑问,也就是对测量误差到底是多少心中无数。本文采用的测量方法是对LED封装的LED芯片结温和LED模组中各LED芯片的平均结温的敏感参数在实际的大工作电流下进行直接测量和分析。     

新型LED车库灯散热性能数值模拟和试验研究

LED芯片结温直接影响车库灯的光效和使用寿命,合理的散热设计是解决LED车库灯使用寿命问题的重点。采用整灯功率55 W的LED车库灯,通过数值模拟和试验验证相结合的方法研究车库灯的散热性能。研究得到:在30℃环境下,监测点灯脚1温度模拟值和测试值分别为67.32℃和67.40℃,监测点电源Tc温度模拟值和测试值分别为61.70℃和63.00℃;数值模拟和试验测试值之间误差在工程设计所允许误差范围内,验证了数值模拟的正确性;灯具散热结构设计合理,空气速度矢量与散热器温度梯度成一定的夹角,满足场协同原理,有利于灯具的散热。     

基于热电分离式理念的LED车灯光源的开发

基于热电分离式理念开发出一种功率为25 W且散热性能极佳的汽车灯照明用LED车灯光源,同时利用积分球系统和结温测试仪对其光热特性进行了表征,并利用快速温度变化实验箱通过冷热循环试验对其可靠性进行了验证,最后与目前应用较为广泛的卤素灯进行了对比研究。结果表明,当环境温度为30℃时,LED车灯光源的结温为118. 59℃;与卤素灯相比,LED在能耗仅为卤素灯46. 84%的前提下,其光通量、光功率、光效分别是卤素灯的2. 6倍、1. 34倍、5. 56倍;当环境温度为65℃,LED车灯光源工作6 000 h之后,光通量几乎无衰减;当循环初始温度为20℃时,光源经-40～85℃冷热循环100 cycle后仍然保持正常工作状态,完全满足实际工程应用要求。     

大功率白光LED灯具散热优化方案

设计了一种大功率白光LED筒灯的实际封装结构,利用有限元软件模拟其稳态下的温度场分布,得出LED芯片最高温度为110.5℃,散热器温度范围为71.6℃ ～ 75.9℃.计算结果与实验测量结果吻合,在此基础上,根据热分析与传热学原理对模型进行材料和结构优化.最终得出一个最优化方案,使得结温降至79.O℃.     

固态紫外光源的研究进展

随着半导体技术的发展,紫外(UV)LED的性能得到了很大提高,应用市场也在快速扩张。文章主要介绍近年来UV-LED芯片设计、器件封装、系统设计及应用等方面的研究进展。深紫外(DUV)LED芯片辐射效率较低,因此降低位错密度、提高芯片外量子效率是当前DUV-LED亟待解决的技术问题。而DUV-LED的应用研究仍然处于原理性的探索和验证阶段,大规模应用时面临辐射效率低、功率密度低和价格高的障碍。近紫外(NUV)LED芯片的辐射效率达到30%以上,单颗功率密度较大,可实际用于各种紫外应用领域。针对各种应用需求,已有各种UV-LED的封装结构和系统被设计和开发出来,能够制作出较大功率密度的NUV-LED光源设备。而UV-LED在医疗、生物检测、杀菌消毒、光降解、光固化等领域的应用也在不断研究开发中。     

大功率LED灯具散热装置的设计

采用APDL语言生成分析文件,建立了LED灯具热沉的有限元模型,以热沉翘片长度、宽度和数目为设计变量,以LED最高结温为目标函数,建立了优化数学模型,采用ANSYS热分析软件进行了优化。结果表明热沉翘片长度越长,芯片最高结温越低;翘片宽度越宽,芯片最高结温越高;随着翘片数目增加,最高结温下降,但到达一定数值时,结温又会缓慢增大。在LED芯片结温不超过60℃的条件下,对热沉结构的优化值分别为：翘片长度为62.5mm,翘片宽度为1mm,翘片数目为20。     

大功率白光LED的寿命测定

我们已开发出了大功率长寿命且可广泛地应用于日常照明领域的白光LED模块。由于其封装材料在高温环境下坚固耐用,使得LED在结温(Tj)超过250℃的情况下仍可照常工作。而且,该封装材料的热阻小于20℃/W。因此,该装置在输入功率高达2.4W的情况下仍可照常工作,这样可以缩短加速寿命实验所需的时间。其加速比例已远远超过了100。采用热激活降解方法和Arrhenius模型,确定该LED芯片在Tj为130℃时,使用寿命为40 000h(其光通维持率为50%)。其衰减过程的激活能量为1.55eV。     

基于热管散热的LED器件封装热分析

大功率发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)结点温度的高低汽接影响到LED的寿命和可靠性,故保持LED结温在允许的范围内,是大功率LED封装和应用必须解决的核心问题.提出将扁平热管应用在大功率LED的散热上;比较了扁平热管和铜板两种散热方式下 LED的结点温度和热阻的热特性.研究结果表明,在输入功率为3 W时,热管冷却LED的结点温度为52℃,而铜板冷却LED的结点温度为83℃,对应的系统总热阻分别为8.8 K/W和19K/W.由此证明,在大功率条件下,热管的散热能力明显优于传统的铜板散热.     

LED产品老化失效机理分析与探讨

本文按照失效分析的流程,对一款失效的LED产品进行分析。外观检查发现失效LED表面发黑,X-Ray探测仪发现LED内部引线断开,SEM电镜检测表明LED芯片外延层烧毁,线径端口烧融的现象,EDS能谱仪成分分析并未发现异常元素,温度测试结果表明LED产品温度超出了LED正常使用的环境温度,热阻分析表明LED芯片结温远高于芯片允许的极限结温,因此LED在老化过程中出现死灯,是由于LED贴片过于密集,热量无法散出,导致芯片结温过高而失效,同时驱动电源输出存在尖峰脉冲,加剧芯片囤积热量,导致失效。因此优化散热和电源的设计是提高LED可靠性的重要方法。