大功率LED封裝散熱關(guān)鍵問題的仿真
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1 模型的樹立
LED 輸入功率為1 W,電光變換功率為15%,芯片尺度為0. 001 m ×0. 001 m,基板和金屬線路板的尺度為0. 03 m ×0. 03 m,周圍環(huán)境溫度為298 K,器材與外界的天然熱對流系數(shù)為15 W/ ( m2·K) . 因為封裝透鏡選用的是環(huán)氧樹脂資料,其熱導率只要0. 2 W/ ( m·K) ,因而芯片經(jīng)過透鏡的散熱量基本上能夠疏忽,芯片發(fā)生的熱量,主要是先傳給金屬基板和散熱器,再經(jīng)過對流向空氣散熱. 為了簡化模型,不思考封裝進程各層之間的附加觸摸熱阻,剖析溫度場時選用穩(wěn)態(tài)熱傳導剖析,LED 施加的載荷是體載荷,行將8. 5 × 10 - 9W/m3 的熱生成率施加在芯片上. 以OSRAM 公司的Golden Dragon1W 白光LED 器材( 類型LWW5SG) 安裝在0. 03 m × 0. 03 m 金屬線路板進行仿真測驗,結(jié)溫為359. 14 K,其熱阻計算式:
Rth = ( Tpn - T環(huán)境) /p = ( 359. 14 - 298) /1 × 0. 85 = 71. 93( K/W)
式中: Tpn為結(jié)溫; T環(huán)境為環(huán)境溫度; p 為流經(jīng)介質(zhì)的熱功率.
所得數(shù)值和文獻[6] 中說到的66. 12 ( K/W) 很挨近,說明晰這篇文章ANSYS 仿真的精確性和模型樹立的合理性.
2 封裝構(gòu)造對LED 散熱的影響
2. 1 3 種典型的封裝構(gòu)造
當前,LED 有3 種典型的封裝構(gòu)造:
1) 根據(jù)金屬線路板的封裝構(gòu)造. 該封裝構(gòu)造是將器材直接組裝在金屬線路板上,構(gòu)成功率密度LED,金屬線路板是選用鋁或銅金屬作為電路板底材,可作為散熱熱沉運用,在基板上覆一層幾毫米厚的銅箔作線路. 因為鋁本身為導體,鋁基板與銅箔之間有必要選用一介質(zhì)作絕緣,因為低熱導率介質(zhì)絕緣層的存在使得金屬線路板熱導率有效值約為178 W/m·K。
2) 傳統(tǒng)的正裝構(gòu)造,如Norlux 系列. 該構(gòu)造以鋁板作為底座,發(fā)光區(qū)坐落其間心部位,鋁板一起作為熱沉。
3) 倒裝構(gòu)造,如LUXEON 系列. 該構(gòu)造將芯片倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅基座上,然后把完結(jié)倒裝焊接的硅基座裝入熱沉與管殼中,鍵合引線封裝。
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