高功率发光二极管封装及散热研究

高功率发光二极管封装工艺及散热效果直接影响发光二极管的质量。论文首先介绍芯片封装结构的演变过程,并结合LED芯片封装结构的演变介绍目前国际主流白光封装技术,最后简要分析了热管散热和半导体制冷及风冷与热沉散热等几种散热技术。     

金刚石/铜复合材料对大功率LED性能影响的数值分析

解决大功率发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的散热问题是提高LED封装可靠性的重要环节,其突破点就是对芯片热沉和基架材料及封装结构的设计.本文采用有限元方法研究了热沉材料及散热结构对大功率LED散热性能的影响.结果表明,当大功率LED具有相同的水冷散热结构、不同的热沉材料时,其温度场分布的趋势一致,都是芯片处的温度处于最高,随着与芯片距离的增加温度逐渐降低,水冷部分处于最低.与采用铜热沉的大功率LED相比,采用金刚石/铜复合材料热沉的大功率LED的芯片结温更低,芯片功率为5W和20W时芯片结温的降低率分别为9％和120,因此,金刚石/铜复合材料对降低大功率LED芯片结温的效果比较明显,且LED的芯片输入功率越大,金刚石/铜复合材料热沉对LED散热起到的作用越大.当大功率LED具有相同的金刚石/铜复合材料热沉、不同的散热结构时,水冷散热结构的散热效果要远远高于鳍片散热结构.     

高亮度LED灯具热界面材料制备及热模拟分析

利用具有优异导热性能的石墨烯制备了石墨烯／硅油热界面复合材料,研究了材料的相关性能,并将其用于高亮度LED路灯上的散热封装,在对其封装散热效果分析时发现,该热界面材料能有效地降低器件界面热阻,改善高亮度LED的散热问题;同时采用有限元模拟软件ANSYS对热界面材料的散热效果进行模拟,为改进LED封装技术提供了依据。     

集成电路封装的三维热模拟与分析

以有限元方法为基础的计算机模拟技术在集成电路封装热设计中是一种重要的热模拟和分析工具。本文运用有限元方法对多热源条件下集成电路封装的热场进行了模拟和分析。模拟结果与测量值非常接近，证实了模拟方法的有效性。模拟结果表明：在本模拟条件下，由芯片到封装外壳底面的热通路为散热的主要通道，其它表面的对流条件对热场分布影响不大。     

变频器中制冷剂冷却器结构优化

为了研究制冷剂冷却方式在变频器上最佳的传热效果,对制冷剂冷却器的结构进行优化设计。通过仿真确定变频器内发热器件IPM芯片在导热基板上的位置,得到最佳铜管间距,确定散热基板的必要性及其尺寸,并确定导热基板尺寸。试验结果表明,仿真优化后的冷却器可以满足变频器的散热要求,与原方案相比可以节省35%的成本,且IPM芯片最高温度从原方案的71℃降低到67℃。     

DFN封装器件热-结构模拟仿真分析

借助有限元模拟仿真软件ANSYS,研究分析了不同的封装体、芯片和框架厚度,以及散热底和芯片基岛尺寸对于小尺寸两边扁平无引脚(DFN)封装器件在回流焊温度条件下的热应力及翘曲变形分布影响。结果表明:封装体等效热应力最大处位置均位于框架、芯片和塑封料将银浆包裹处(即:银浆溢出的三角区域),其数值随封装体厚度减薄呈递减趋势;整体的热应力分布也随之沿着芯片、银浆和框架结合界面的中心位置向银浆三角区域延伸并逐步增大;对于薄型DFN封装体,芯片厚度、散热底和芯片基岛尺寸对于封装体总体翘曲变形的影响较小;框架厚度对于封装体总体翘曲变形及等效应力的影响较大;通过适当地减薄封装体厚度,并同时减薄框架厚度可以有效地降低封装体热应力,且总体翘曲变形都在1um以下。     

数据中心刀片式服务器不同冷却方式的模拟对比

本文以刀片式服务器的冷却为研究对象,应用6SigmaDC软件的电子热分析模块,构建了刀片式服务器模型,对不同参数下的翅片式散热器在刀片式服务器中的散热情况进行了数学模拟。得到翅片式散热器翅片高度、齿数、翅片厚度等多个参数对散热器散热性能的影响规律,通过对比分析得到翅片散热器的最优结构参数,及芯片风冷散热所能达到的最低温度。为优化芯片的散热,在相同服务器上构建冷水板水冷散热模型,与风冷散热时芯片的温度进行对比,得出芯片水冷散热性能是风冷散热的1. 3倍。基于刀片式服务器内部温度分布分析,提出刀片式服务器采用风冷与水冷相结合的混合冷却为最佳散热方式,为数据中心服务器的散热设计提供了理论参考。     

宽带驱动放大器MMIC的SMD封装

研究了一种采用Rogers 4003型有机基板材料和PCB工艺制造的MMIC一级封装结构,该封装结构与SMT工艺兼容,具有良好的散热性能和较低的成本,可用于X＆Ku波段驱动放大器芯片.采用三维电磁场仿真软件对封装结构进行了优化设计,制备了封装结构样品,并采用HP 8722D型高频网络分析仪实测了封装后的X＆Ku波段驱动放大器芯片性能.测试结果表明,在6～18GHz频段内,封装后芯片的增益维持在20dB以上,反射小于-10dB,性能与裸芯片十分接近.关键词:MMIC,封装,有机基板材料,SMT,三维电磁场仿真     

无线传感网3D-MCM封装结构的设计与实现

设计和实现了一种新型的三维多芯片组件(3D-MCM).采用融合了FCOB(flip-chip on board)、COB(chip on board)、BGA(ball grid array)等技术的三维封装(3D packaging)形式,通过倒装焊和引线键合等互连技术在高密度多层有机基板上实现了塑封BGA器件和裸芯片的混载集成.对器件结构的散热特性进行了数值模拟,并对热可靠性进行了评估.实现了电功能和热机械可靠性,达到设计要求并付诸应用.     

热电制冷强化风冷散热模块的工作特性分析

热电制冷器(TEC)可以强化散热器冷却性能,但受热端散热强度、工作电流、工作热负荷等参数影响较大。本文建立了TEC强化风冷散热模块的有限元分析模型,对其温度分布、工作特性进行了系统的理论和实验研究,并提出了确定TEC强化风冷散热模块有效工作电流、有效热负荷和有效制冷系数范围的方法。仿真和实验结果表明:特定的TEC强化风冷散热模块存在一个极限热负荷Q_c,max,仅在工作热负荷Q_cc,max,且TEC工作电流处在有效范围内时,才可获得比无TEC的风冷散热模块更低的芯片结温,即TEC表现出强化散热器冷却性能的特点;有效工作电流范围会随Qc的增大而减小;增大热端散热强度可以降低芯片结温,但对于提升Q_c,max效果较小;制冷系数(COP)在有效范围内存在一个极值点,小于此值时芯片结温会随COP的减小而迅速增大。