A review of passive thermal management of LED module

Recently,the high-brightness LEDs have begun to be designed for illumination application.The increased electrical currents used to drive LEDs lead to thermal issues.Thermal management for LED module is a key design parameter as high operation temperature directly affects their maximum light output,quality,reliability and life time.In this review,only passive thermal solutions used on LED module will be studied.Moreover,new thermal interface materials and passive thermal solutions applied on electronic equipments are discussed which have high potential to enhance the thermal performance of LED Module.     

LED封装的热控制优化设计

基于某型LED模块的实验结果,从热膨胀匹配、冷却技术的选择、发光效率、焊料及硅胶选择等方面对大功率LED的热控制问题进行了优化设计。实验结果表明,优化设计后的大功率LED的转换效率和光通量等指标都有了一定程度的改善。     

大功率LED热特性测试评价方法研究

分析了大功率LED的热阻特性,结果表明不同厚度和热导系数的粘接材料热阻不同,而不同热阻的粘接材料对于LED热特性的实际影响一直缺乏有效的测量手段。采用热像仪拍摄热图的方法对粘接材料对LED热特性的影响进行了测试,测试结果表明热像仪成像可以作为大功率LED热特性测试评价的有效手段。     

Modelling mutual thermal interactions between power LEDs in SPICE

The paper concerns modelling an influence of self-heating and mutual thermal coupling on power LEDs characteristics. The electrothermal model of a power LED for SPICE software taking into account electric, thermal and optical properties of the considered devices, and particularly mutual thermal coupling between the devices situated on the common heat-sink, is presented. The method of estimating model parameters values is proposed and the method of measuring their own and mutual thermal resistance between power LEDs is described. Using the elaborated model the characteristics of selected diodes are calculated at different cooling conditions of the investigated LED. The obtained results of calculations are compared with the measurements results for a single diode, two diodes situated on the common heat-sink and a LED module.     

基于NI DAQ的功率LED热特性测量分析系统

分析了功率发光二极管(LED)基于电学测量的热阻的测量方法,介绍了采用高性能数据采集卡构建了新型的功率LED热特性自动测量分析系统,实现对功率LED结温和热阻的精确、简便的测量.对几种典型功率LED样管的测试结果,与校正样品的标称值完全相符,并可对LED的瞬态热过程进行更深入分析.     

一种新型白光LED模组驱动电路的设计

为了改善白光LED模组的照明质量,实现对白光LED模组色温的调节,通过分析白光LED模组的驱动电路技术,提出了一种新型白光LED模组驱动电路的设计方案。该驱动电路中利用PWM方式驱动RGB三色LED,并通过光强反馈来分别控制三色LED的PWM信号。该电路具有稳定输出光功率的功能,另外还可以调节输出光的色温和光强,达到了良好的照明效果。     

功率型白光LED的热特性研究

大功率LED照明单元在光通量提高的同时伴随着散热，且普通功率型白光LED多采用蓝光芯片激发荧光粉的方法，随着温度的提升，荧光粉对应的波长会发生漂移。本文从功率型白光LED的发热原理出发，试验了其在脉冲源作用下，用于照明的可能性。试验表明，在此激励源的作用下，LED输出与散热很好，并从理论上进行了解释。     

高压倒装LED照明组件的热性能

高压(HX)倒装LED是一种新型的光源器件,在小尺寸、高功率密度发光光源领域有广泛的应用前景.设计了4种不同工作电压的高压倒装LED芯片,进行了流片验证,并对其进行了免封装芯片(PFC)结构的封装实验,在其基础上研制出一种基于高压倒装芯片的PFC-LED照明组件.建立了9V高压倒装LED芯片、PFC封装器件及照明组件的模型,利用流体力学分析软件进行了热学模拟和优化设计;利用T3Ster热阻测试分析仪进行了热阻测试,验证了设计的可行性.结果表明,基于9V高压倒装LED芯片的PFC封装器件的热阻约为0.342 K/W,远小于普通正装LED器件的热阻.实验结果为基于高压倒装LED芯片的封装及应用提供了热学设计依据.     

GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析

与正装LED相比,倒装焊芯片技术在功率型LED的散热方面具有潜在的优势.对各种正装和倒装焊功率型LED芯片的表面温度分布进行了直接测试,对其散热性能进行了分析.研究表明,焊接层的材料、焊接接触面的面积和焊接层的质量是制约倒装焊LED芯片散热能力的主要因素;而对于正装LED芯片,由于工艺简单,减少了中间热沉,通过结构的优化,工艺的改进,完全可以达到与倒装焊LED芯片相同的散热能力.     

功率LED结温和热阻在不同电流下性质研究

通过对不同驱动电流下各种颜色LED结温和热阻测量,发现各种颜色LED的热阻值均随驱动电流的增加而变大,其中基于InGaN材料的蓝光和白光LED工作在小于额定电流下时,热阻上升迅速;驱动电流大于额定电流时,热阻上升速率变缓。其他颜色LED热阻随驱动电流变化速率基本不变。结温也随驱动电流的增加而变大。相同驱动电流下,基于AlGaInP材料的1W红色、橙色LED的结温要低于基于InGaN材料的蓝色、绿色、白色LED的结温。分别用正向电压法和红外热像仪法测量了实验室自制的1 mm×1 mm蓝光芯片结温,比较了两种方法的优缺点。结果表明,电学法测量简单快捷,测量结果可以满足要求。     

LED背光模组热管理研究

文章建立了RGB三合一LED背光模组的热分析模型,通过与红外热像仪实际测量得到的温度数据相互比较,验证了该模型仿真结果的准确性。模拟分析的结果表明,在LED阵列底部固定一块镀锌钢板可有效降低LED结温。文章还提出了一种利用最小二乘法原理推算LED结点温度的方法,得到了电路板表面温度与LED结温之间的关系式,有助于通过测量电路板温度估算LED的结点温度,并以此为根据对LED进行亮度和色度的调节。     

大功率LED照明装置微热管散热方案分析

设计了一种新型的带有百叶窗的平板式大功率发光二极管(LED)照明装置。该装置采用高导热系数的铝基板作为多颗大功率LED的散热电路板,用0.4mm的铝片作为散热翅片,结合沟槽式微热管构成集发光与散热一体化的输入功率为21W的照明模组,该模组可根据照明亮度要求重构成不同功率的照明装置。对功率为144W的照明装置进行了理论分析与实验研究。根据理论计算,每个照明模组的发热量约为18W,每个照明模组的传热量约为47W;模拟结果表明,在环境温度为30℃,自然对流换热系数为10W/(m2·K)时,LED芯片最高结温Ta=75℃,而实验测得Ta=75.7℃。     

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。     

Reliability improvement of InGaN LED backlight module by accelerated life test (ALT) and screen policy of potential leakage LED

In this paper, to improve the reliability of InGaN white LED Backlight module, we have analyzed the module level accelerated life test (ALT) for LED which is used for the front display in the refrigerator. In addition, we have suggested a screen method that enables to screen out LEDs which have potential leakage problems. The stress factors and levels were decided based on the end user environment in the field. The acceleration factor (AF) was logically calculated according to the stress factor. After 12 h of ALT, we have found one brightness degradation in 6480 LEDs (98 modules). It was found from the failure analysis that the leakage was from the P-pad electrode failure and caused the brightness degradation. We have suggested a method that enables to screen the potential field failure LEDs in mass production which the failure can be occurred by external noise factor. We have added “turn on current level screen” on “operating current level screen”. As a result, we could make possible to screen leakage LEDs effectively which may fail in the end user side. This method was applied by 20 LED makers.     

一种回路热管对大功率LED散热的研究

针对大功率LED散热能力较其它照明灯具差这一问题,研制了一种应用在多芯片大功率LED散热上的回路热管装置,并研究了热负荷、倾角等对热管的起动性、均温性和热阻等的影响。试验结果表明,所设计的热管散热器的热阻在0.48～1.47K/W之间;在蒸发器倾斜角为0°和30°时,蒸发器的均温性分别被控制在1.5℃和4.3℃以内。因此,将这种结构的热管应用在大功率LED散热系统中时,首先应该对蒸发器倾斜角度对系统散热性能的影响进行测试评估。     

LED封装中的散热研究

文章论述了大功率LED封装中的散热问题,说明它对器件的输出功率和寿命有很大的影响,分析了小功率、大功率LED模块的封装中的散热对光效和寿命的影响。对封装及应用而言,增强它的散热能力是关键技术,指出对大功率LED和LED模块散热设计很重要,因为大功率白光LED的光效和寿命取决于其散热。目前大功率LED的重点是提高散热能力,说明封装结构和封装材料在提高大功率LED散热中的影响,LED模块的散热是未来的重点。通过选用高热导率材料可以使温度得到显著控制,重点论述了封装的关键技术,最后指出了未来LED封装技术的发展趋势。     

应用于大功率LED器件的回路热管散热研究

为解决大功率LED的散热问题,提出一种应用于大功率LED散热的微型回路热管,研究了充液率和倾斜角度对热管冷却大功率LED的启动性能、结温和热阻等特性的影响.研究结果表明:热管的最佳充液率为60％,系统的总热阻为7.5 K/W,此时对应的热管的热阻为1.6 K/W;热管的启动时间约为6.5 min,LED的结点温度被控制在42℃以下,很好地满足了大功率LED的结温稳定性要求.     

10W COB集成LED光源的性能分析

随着发光二极管(LED)的发光效率、寿命、可靠性等性能的逐步提高,特别是大功率LED的发展备受人们关注,已经开始作为光源应用于普通照明领域中。但是大功率LED的散热问题是阻碍其迅速发展和推广普及的难题之一。从光色电热等性能方面,详细介绍了10W COB集成LED光源的研究进展,通过封装材料的选择和封装工艺的改善,可以有效改善LED的热阻性能,实测器件热阻值Rth=4.6K/W。     

高亮度发光二极管封装用透镜胶研究进展

大功率LED的发光强度大,产生的热量多,其产生的短波光辐射也比小功率发光二极管大,对LED封装材料提出了新的要求。综述了发光二极管封装用透镜胶的研究现状,根据发光二极管对高分子封装材料研发的要求,着重介绍了国内外为提高有机硅封装材料的导热性、耐热性、透光性以及耐紫外线辐射和关于材料折射率的调节方法等方面所做的最新研究成果和现状。对透镜胶研发过程中的重点和难点进行了分析,认为找到合适的填料和合适的方法把填料填入有机硅基体,或者在有机硅聚合物链上引入某些基团来改善封装材料的性能是研发的关键。     

Thermal investigation of LED array with multiple packages based on the superposition method

In this paper, the superposition method is used to investigate the complete temperature field of a light-emitting diode (LED) packaging substrate, based on the results of transient temperature rise measurements and the thermal resistance coupling matrix. The feasibility of use of the superposition method in an LED array with multiple packages has been proved first by temperature comparisons with the simultaneous operation of an array (5×5) of 25 high power LEDs mounted on a metal core printed circuit board (MCPCB). Compared with existing approaches, the superposition method will measure the internal temperature of chip directly, accurately and nondestructively. According to the relatively accurate and reliable self-heating and coupling temperature rise data, optimization scheme of LED lamp with multiple packages is proposed. The results show that increasing the heat source separation distance and improving the thermal conductivity of thermal interface materials will reduce the temperature rise and thermal non-uniformity.