一种高功率白光LED灯具的封装热设计研究

建立了一种大功率白光LED照明灯具的封装结构,采用ANSYS有限元软件对其进行热分析,根据热分析的结果逐步改进封装结构,在考虑成本和尺寸限制的条件下,对LED的封装散热结构进行了优化.     

一种高功率LED封装的热分析

建立了大功率发光二极管(LED)器件的一种封装结构并利用有限元分析软件对其进行了热分析,比较了采用不同材料作为LED芯片热沉的散热性能.最后分析了LED芯片采用chip-on-board技术封装在新型高热导率复合材料散热板上的散热性能.     

功率LED柔性封装结构的设计与热特性分析

根据功率LED的柔性封装要求,提出了基于贴片式(SMD)封装的功率型LED柔性封装结构。对各层结构进行了优化设计,采用有限元分析(FEA),模拟了柔性封装结构LED的热场分布。对比研究了柔性LED与传统封装结构LED的热特性,并对弯曲状态下柔性衬底材料对芯片的应力进行了分析。结果表明,采用金属Cu箔衬底的柔性封装结构,其散热特性较好;Cu/超薄玻璃复合衬底替代Cu箔衬底,可以减少弯曲的应力,减少幅度达到2.5倍,散热特性基本相同。SMD柔性封装的LED不仅具有较好的热稳定性,且具有柔性可挠曲特性,其应用潜力很大。     

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.     

大功率LED封装界面材料的热分析

基于简单的大功率LED器件的封装结构,利用ANSYS有限元分析软件进行了热分析,比较了四种不同界面材料LED封装结构的温度场分布。同时对纳米银焊膏低温烧结和Sn63Pb37连接时的热应力分布进行了对比,得出纳米银焊膏低温烧结粘接有着更好的热机械性能。     

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。     

硅衬底结构LED芯片阵列封装热可靠性分析

LED阵列封装是高密度电子封装的解决方案之一,LED的光集成度得到提高,总体输入功率提高,但同时其发热量大,封装结构如果不合理,那么在温度载荷下各层材料热膨胀系数的差异将会导致显著的热失配现象,从而将会大大缩短LED的寿命。为此,兼顾散热和封装的可靠性设计与表面贴装式将芯片直接焊接在铝基板上不同的是采用硅衬底过渡,同时在硅衬底上布置电路这一结构。这种结构的优点是可以通过硅衬底的过渡来降低热失配对封装结构的影响,同时硅衬底作为电路层则省去了器件引脚。通过对4×4的LED芯片阵列结构进行有限元模拟,分析了温度对带有硅衬底的LED芯片阵列封装可靠性影响,同时对硅衬底进行分析和总结。     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用Monte Carlo方法对不同光学封装结构的LED进行模拟,建立了小功率LED的仿真模型,应用空间二次曲面方程描述LED的封装结构,对其光强分布进行模拟和统计.通过测量实际样品,并与模拟结果进行比较和分析,表明计算机模拟值与实验测量值比较吻合.     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用MonteCarlo方法对不同光学封装结构的LED进行模拟,建立了小功率LED的仿真模型,应用空间二次曲面方程描述LED的封装结构,对其光强分布进行模拟和统计.通过测量实际样品,并与模拟结果进行比较和分析,表明计算机模拟值与实验测量值比较吻合.     

热沉尺寸对半导体激光器有源区温度的影响

半导体激光器随着输出功率的提高在各领域的应用日益广泛,但芯片温度升高引起的功率饱和问题仍然是目前研究的重点之一。利用ANSYS软件对工作波长为808nm的单芯片半导体激光器的芯片有源区温度与封装热沉尺寸的关系进行了稳态热分析,模拟得出不同热沉参数条件下封装激光器芯片有源区温度的变化曲线,并提出一种散热较好的结构方案。     

一种高功率LED射灯的散热设计与实验研究

以一款MR16 LED射灯为模型,采用ANSYS有限元软件进行热分析。以散热器翅片保持60℃为标准,通过实验与仿真相结合的方法,分析了LED射灯的热流功率、散热器基座厚度、LED芯片间距、对流面积对整个系统散热性能的影响。结果表明,散热器对流面积是影响灯具散热性能的最重要因素;对一定的散热器,存在一个有效的最大芯片输入功率。现有MR16 LED射灯的散热器最大散热功率只能达到2.5 W左右,要使散热功率增大并且发挥散热器最佳性能,必须增加散热器的对流面积。对该结构散热器散热性能的定量研究对今后高功率LED灯具的生产具有一定的指导意义。     

Thermal design for the high-power LED lamp

This paper summarizes different kinds of heat sinks on the market for high power LED lamps. Analysis is made on the thermal model of LED, PCB and heat sink separately with a simplified mode provided. Two examples of simulation are illustrated as a demonstration for the thermal simulation as guidance for LED lamp design.     

Thermal design for the high-power LED lamp

This paper summarizes different kinds of heat sinks on the market for high power LED lamps.Analysis is made on the thermal model of LED,PCB and heat sink separately with a simplified mode provided.Two examples of simulation are illustrated as a demonstration for the thermal simulation as guidance for LED lamp design.     

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。     

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。     

LED路灯热分析及散热结构设计

LED作为第四代照明光源已被广泛应用于显示和照明系统设备,但由于其光电转化率较低,大部分电能实际转化成了热量,所以如何提高其散热能力是大功率LED实现产业化亟待解决的关键技术之一。文章以某公司LED路灯为模型,采用ANSYS有限元软件对其进行参数化建模及热分析,得出了其稳态的温度场分布,在此基础上通过设计正交实验,分析了铝制热沉不同结构参数对其温度场的影响情况。由最终的结果可知,在合适的范围内使散热器翅片的厚度和间距较小一些,可得到较为理想的优化结构,既能控制芯片的最高温度,又有效地减小了散热器的质量。文章LED路灯算例得到优化的质量为原质量的33．40％。     

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.     

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.     

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。