大功率LED模组散热基板结构研究

大功率LED模组散热直接影响其光效和使用寿命。通过建立相应的有限元模型,运用有限元(FEM)分析方法,对大功率LED模组温度在散热基板内的分布进行模拟计算,采用嵌入高导热环的基板结构,提高大功率LED模组的散热效率。在此基础上,结合实际工艺,对高导热环结构参数的影响进行了详细分析,使导热环的尺寸和基板的散热效率达到最优。     

COB塑料基板和玻璃封装的LED灯具双通道散热分析

提出了一种新的LED灯具封装方式,使用高导热玻璃壳和惰性气体替代传统的环氧树脂进行封装,使用塑料散热器代替传统铝基板,以达到双通道散热的效果。采用ANSYS有限元热分析软件,优化惰性气体层厚度,并通过改变LED个数和单灯功率与传统的陶瓷基板COB封装方式进行热仿真对比分析。研究表明,惰性气体层厚度为1.5 mm时散热效果较好,双通道散热灯具的热阻远小于单通道散热灯具热阻。由于玻璃与传统的环氧树脂相比,透光性高、不易老化、抗紫外线效果好,在大功率、密集型封装和紫外LED灯具大发展的市场环境下,这种新的封装方式应用前景广阔。     

两种热电分离式基板导热性能的对比研究

基于热电分离式设计理念，开发出FR4/Cu与FR4/AlN两种高导热散热基板，并利用SMT工艺将13Ｗ的Osram S2W型LED灯珠分别与上述两种散热基板焊接后组装成LED模组，利用半导体制冷温控台恒定散热基板底部温度后，使用结温测试仪对LED的结温进行了测试，同时借助直流电源和积分球分别对LED的总功率和光功率进行了测量后得到了模组的热功率值。最后根据LED结温测试结果与热功率值计算得出了模组的热阻值，并在此基础上对两种基板的散热性能进行了对比研究。结果表明，FR4/AlN基板的散热性能较之FR4/Cu基板稍逊，当使用FR4/Cu基板散热时，LED的结温和热阻分别是49.72 ℃ 、2.21℃ /Ｗ，当使用FR4/AlN基板散热时LED的结温和热阻分别是51.32 ℃、2.32℃/Ｗ。     

纳米添加剂对LED铝基板散热性能的影响

LED铝基板绝缘层的导热能力是影响大功率LED基板应用的主要因素.通过在环氧树脂中添加纳米级高导热填充物氧化铝、碳化硅、二氧化硅来提高绝缘层的导热能力,重点探讨填料种类、含量对基板绝缘层性能的影响,优化了填料配方.采用红外热像仪分析基板表面温度分布情况,通过散热实验测试铝基板的散热效果,结果证明导热效果良好.     

新型封装材料与大功率LED封装热管理

高效散热封装材料的合理选择和有效使用是提高大功率LED(发光二极管)封装可靠性的重要环节。在分析封装系统热阻对LED性能的影响及对传统散热封装材料性能进行比较的基础上,阐述了金属芯印刷电路板材料、金属基绝缘板材料、陶瓷基板材料、导热界面材料和金属基复合材料结构特点、导热性能及其封装应用实例。指出了封装材料的研究重点和亟待解决的问题。     

全铜通孔柔性LED封装热学性能仿真分析

柔性基板封装(COF)是一种新型LED封装形式。本研究在柔性基板中的高分子绝缘层(PI)中添加全铜通孔,通过有限元仿真分析全铜通孔对LED封装热学性能的影响。研究结果表明：在柔性LED封装中,PI层热阻最大,是导致芯片结温高的主要因素。PI层中全铜通孔的添加使PI层热阻大幅降低,显著提升LED封装的垂直散热能力。基于仿真计算结果,建立了PI层中添加全铜通孔数量与LED封装热阻间的对应关系。针对本研究中的封装结构,采用8*8 的全铜通孔阵列对LED封装的热学性能提升效果显著。     

大功率LED用封装基板研究进展

LED被称为第四代照明光源及绿色光源,近几年来该产业发展迅猛.由于LED结温的高低直接影响到LED的出光效率、器件寿命和可靠性等,因此散热问题已经成为大功率LED产业发展的瓶颈.文章阐述了大功率LED基板的封装结构和散热封装技术的发展状况,从基板的结构特点、导热性能及封装应用等方面分别介绍了金属芯印刷电路基板、覆铜陶瓷...     

基于金刚石散热结构的超高功率LED光源

金刚石是自然界导热率最高的材料,具备极佳的耐热和导热性能。基于金刚石导热的散热结构,大大提高了超高功率LED的散热能力。介绍了三种金刚石散热结构:氮化镓与金刚石直接结合实现GaN-ondiamond光与热集成的结构;在传统的LED光源中增加金刚石薄膜作为高导热层的散热结构;以金刚石复合材料做成的LED热沉结构。理论上,三种结构中第一种结构的散热效果最好,与目前最先进的碳化硅衬底LED相比,其结温降低了40%~45%。     

有限元分析导热层厚度对印制电路散热性能影响

印制电路板的散热性能是影响电子产品可靠性的重要因素,而电路板的表面温度分布很难通过测量获得。通过有限元分析方法,模拟了印制电路板的温度场分布,并对元器件在嵌入不同厚度铝基导热层基板上稳定工作时的散热过程进行了分析。分析结果表明在PCB内部嵌入不同厚度铝基导热层可以有效地降低元器件失效率,增加产品可靠性,该结果可以为PCB制造过程中基板的选择提供指导。     

高导热金属基覆铜板生产工艺控制要点

LED散热基板用的高导热金属基覆铜板作为LED的重要原材料,其品质对LED的品质及寿命有着决定性影响,而其由于与传统FR-4基板在结构上有明显差异,因此其制程的工艺控制也有所不同。文章将介绍LED散热基板用高导热金属基覆铜板的工艺控制关键点。     

Heat dissipation in high-power GaN electronics on thermally resistive substrates

The heat dissipation in GaN devices grown on low thermal conductivity lithium gallate (LGO) substrates was investigated. The thermal conductivity of single-crystal LGO was measured utilizing the 3/spl omega/ technique for temperatures ranging from 100 K-500 K. For the GaN layer, the thermal conductivity was estimated using a phonon transport model which included dislocation density and temperature dependence. These data were then used in a finite element program to determine the thermal behavior of a heterojunction field-effect transistor. Based on a maximum junction temperature of 500 K, it was found that devices with a power dissipation of 1 W/mm were possible if the primary heat dissipation path was through the low thermal conductivity substrate. However, in using a front side cooling scheme, results suggest that it may be possible to develop devices with power dissipation in the range of 10 W/mm.     

两种热电分离式MCPCB导热性能的对比研究

利用SMT工艺将两种功率不同的LED分别与设计完全相同的热电分离式铜基板及铝基板组装成模组,然后借助结温测试系统及积分球系统对两种金属基板的散热性能进行了对比研究。结果表明,热电分离式铜基板较之热电分离式铝基板仅具备微弱的散热优势,这种优势随着LED的功率增加有所扩大。当LED功率为9 W时,铜基板及铝基板所对应的LED模组热阻分别是3.16℃/W、3.26℃/W;当LED功率为15 W时,铜基板及铝基板所对应的LED模组热阻分别是2.33℃/W、2.46℃/W。     

Heat dissipation design and analysis of high power LED array using the finite element method

High-power Light Emitting Diode (LED) technology has developed rapidly in recent years from illumination to display applications. However, the rate of heat generation increases with the LED illumination intensity. The LED chip temperature has an inverse proportion with the LED lifetime. High-power LED arrays with good thermal management can have improved lifetime. Therefore, for better optical quality and longer LED lifetime it is important to solve the LED thermal problems of all components. In particular, Metal Core Printed Circuit Board (MCPCB) substrate heat sink design and thermal interface materials are key issues for thermal management. This paper presents an integrated multi-fin heat sink design with a fan on MCPCB substrate for a high-power LED array using the finite element method (FEM). The multi-fin heat sink design and simulation results provide useful information for LED heat dissipation and chip temperature estimation.     

带有TSV的硅基大功率LED封装技术研究

介绍了一种带有凹槽和硅通孔(through silicon via,TSV)的硅基制备以及晶圆级白光LED的封装方法。针对硅基大功率LED的封装结构建立了热传导模型,并通过有限元软件模拟分析了这种封装形式的散热效果。模拟结果显示,硅基封装满足LED芯片p-n结的温度要求。实验结合半导体制造工艺,在硅基板上完成了凹槽和通孔的制造,实现了LED芯片的有效封装。热阻测试仪测得硅基的热阻为1.068K/W。实验结果证明,这种方法有效实现了低热阻、低成本、高密度的LED芯片封装,是大功率LED封装发展的重要方向。     

基于倒装焊芯片的功率型LED热特性分析

对LED的导散热理论进行了研究,推导出了倒装焊LED芯片结温与封装材料热传导系数之间的关系。通过分析倒装焊LED的焊球材料、衬底粘结材料和芯片内部热沉材料对芯片结温的影响,表明衬底粘结材料对LED的结温影响最大,并且封装材料热传导系数的变化率与封装结构的传热厚度成反比,与传热面积成正比。该研究为倒装焊LED封装结构和材料的设计提供了理论支持。     

基于微通道致冷的大功率LED阵列封装热分析

采用微通道致冷技术,设计了大功率LED阵列封装的微通道致冷结构,并应用热分析软件模拟了其热性能,探讨不同鳍片结构尺寸、流速、功率等参数对LED多芯片散热效果的影响.文中提出了采用交错通道以提高LED封装的散热能力,模拟结果显示,交错微通道致冷的封装结构能很好地满足大功率LED阵列的散热需要.     

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.     

大功率集成封装白光LED模组的散热研究

采用有限元分析软件ANSYS,分别对基于均温基板和金属芯印刷电路板结合太阳花散热器的100 W的大功率集成封装白光LED进行了热分析。结果发现:(1)相比金属芯印刷电路板,均温基板提高了LED芯片的均温性,可使每个LED芯片的温度分布一致,且每个芯片的最高温度比最低温度仅高1.1℃,避免了局部热点,从而提高了大功率集成封装白光LED的可靠性,保证了它的寿命。(2)太阳花散热器非常适合大功率集成封装白光LED模组的散热。因此对于大功率集成封装白光LED模组而言,均温基板结合太阳花散热器是一种有效的散热方式。     

基于热电制冷的大功率LED散热性能分析

提出了一种新型的基于热电制冷的大功率LED热管理方法。这种大功率LED阵列模块采用板上封装技术制造。为了解决散热问题,采用了热电制冷器将LED芯片产生的热量转移到周围的环境中。利用热电偶测量了大功率LED阵列模块在不同工作条件下的温度分布,LED的光学性能则通过光强分布测试仪来测试。结果表明,这种采用热电制冷的大功率LED阵列封装模块能够显著降低器件的工作温度,与不采用热电制冷器相比,基板温度能够降低36％以上,光学性能测量表明LED阵列模块的发光效率达到30．18lm／W。