大功率LED车灯风冷散热系统性能优化研究

大功率LED车灯采用风扇进行强制对流散热,针对风扇周边空间尺寸影响车灯散热性能的问题,采用有限元仿真、均匀设计法及响应面分析相结合的研究方法进行优化研究。首先,利用有限元软件FloEFD研究了风扇护风罩与壁面的径向距离A、风扇入风口与壁面的距离B及风扇出风口与散热器的距离C三个设计参数对大功率LED车灯风冷散热系统散热性能的影响;然后,使用均匀设计法设计试验方案进行响应面分析并拟合出三个参数与LED焊点温度之间的回归模型,利用Pareto分析法确定三个参数对系统散热性能的影响大小;最后,利用Minitab软件的响应优化器,以LED结温最小化为目标,确认三个参数的最佳组合是A为8.4 mm、B为16.3 mm、C为4.3 mm。通过对最佳组合进行实验,表明此组合具有最优的散热性能,同时仿真和实验结果具有一致性,验证了仿真的可靠性。

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块(0.025m×0.025m×0.005m)输入30W电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31%,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。

大功率LED封装有限元热分析

介绍了有限元软件在大功率LED封装热分析中的应用,对一种多层陶瓷金属(MLCMP)封装结构的LED进行了热模拟分析,比较了不同热沉材料的散热性能,模拟了输入功率以及强制空气冷却条件对芯片温度的影响。结果表明当达到热稳态平衡时,芯片上的温度最高,透镜顶部表面的温度最低,当输入功率达到3 W时,芯片温度超过了150℃,强制空冷能显著改善器件的散热性能。

基于共晶焊接工艺和板上封装技术的大功率LED热特性分析

采用ANSYS有限元热分析软件,模拟了基于共晶焊接工艺和板上封装技术的大功率LED器件,并对比分析了COB封装器件与传统分立器件、共晶焊工艺与固晶胶粘接工艺的散热性能。结果表明:采用COB封装结构和共晶焊接工艺能获得更低热阻的LED灯具;芯片温度随芯片间距的减小而增大;固晶层厚度增大,芯片温度增大,而最大热应力减小。同时采用COB封装方式和共晶焊接工艺,并优化芯片间距和固晶层厚度,能有效改善大功率LED的热特性。

大功率倒装结构LED芯片热模拟及热分析

对功率型倒装结构发光二极管(LED)温度场分布进行了有限元模拟,与实测结果进行了比较,并结合传热学基本原理对模拟结果进行了分析。结果表明,凸点的形状及分布与芯片内部温差有着密切的关系,蓝宝石的厚度对芯片内部温差也有一定的影响。同时,对倒装结构与正装结构的热阻进行了比较。

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。

LED信号灯二次光学设计

LED的应用范围日趋广泛 ,其相应的二次光学设计也越来越显出重要性。本文介绍了一种光学设计的思路和方法。

大功率LED封装的散热分析

建立大功率LED的三维封装模型,利用有限元方法对LED的温度场分布进行模拟计算,通过改变LED封装的相关参数,分析得到了键合材料和基板厚度等对LED封装散热的影响,这一设计方法对优化LED的封装具有一定的指导意义。

烟囱效应在大功率LED灯具散热器设计中的影响分析

烟囱效应具有强化对流、增强换热的能力。本研究设计了一款基于烟囱效应的大功率LED灯具散热器,采用有限元分析法分析烟囱效应在散热器散热过程中的作用效果。分别探讨了烟囱的高度、烟道孔径以及烟囱个数对散热器散热性能的影响。研究表明,本研究中烟囱烟道孔径的最佳尺寸为6mm。烟囱的高度可依据散热器的高度设计取40 mm^50 mm。在设计条件允许的前提下,烟囱个数越多散热器散热效果越好。

去除铝基板的大功率LED热分析

提出一种大功率LED免铝基板封装方式,采用ANSYS有限元热分析软件对传统的铝基板封装和免铝基板封装的LED进行模拟对比分析。模拟结果表明:两种封装结构的LED,其最高温度均出现在LED芯片处;对于单颗功率1 W、3颗功率1 W和单颗功率3 W的器件,由于有效地简化了散热通道、大幅度降低了总热阻,采用免铝基板结构的最高温度分别降低了6.436,9.468,19.309℃。传统的铝基板封装即使选用热导率高达200 W/(m.K)的基板,其散热效果依旧略逊于免铝基板封装结构,且随着LED功率的增大,免铝基板的新型封装结构散热优势更加明显。本文的研究为解决大功率LED的散热问题和光色稳定性问题提供了一种新途径。

提高小功率白光LED热特性的新方法

在传统直插式LED封装方法的基础上,提出了一种在环氧树脂中添加氮化硼(BN)填料的改进LED封装工艺。测量了BN填料质量分数与导热系数的关系,利用有限元分析软件ANSYS分析和实验测试了采用改进封装工艺φ5 mm白光LED的芯片结温、热阻等参数,并与传统封装方法的白光LED进行比较。结果表明:采用改进封装结构φ5 mm白光LED结温比传统封装方法下降4.5℃,热阻下降了17.8%,同时提高了初始光通量,降低了光衰。

GaN基LED电流扩展的有限元模型及电极结构优化

针对目前蓝宝石衬底上外延生长制备的GaN基半导体发光二极管(LED)器件存在电流分布不均匀的问题,建立了LED的电流扩展模型,提出了定量评价其特性的参数和标准。通过用有限元方法计算LED中电流的三维空间分布,对不同的电极结构进行了定量的比较,给出了优化的电极结构。计算结果显示,在相同工艺参数下,采用插指型电极结构的LED与采用传统型电极结构和扩展正极型电极结构的LED相比,电流扩展更均匀,串联电阻更小。在此基础上,对插指型电极结构作了进一步的参数优化,得出了使LED的串联电阻取最小值时的插指型电极的结构参数。根据优化得到的参数制作了相应的LED样品,并与采用扩展正极型电极结构的LED做了对比实验。实验结果表明,计算得出的结果与实验结果符合得很好。采用了优化后的插指型电极结构的LED与采用扩展正极型电极结构的LED相比,前者的串联电阻仅为后者的44.4%。

大功率LED封装的温度场和热应力分布的分析

针对典型的大功率发光二极管(LED)塑封器件,建立了3D模型,对器件内部从初始到正常工作状态过程中的温度分布和热应力分布进行了有限元分析模拟,并测试了实际器件表面特征点的温度变化。瞬态热分析的结果与实际的器件表面温度实测数据吻合较好。考虑到不同散热条件的影响,给出了该大功率LED塑封器件中热应力集中区域和该类器件适当的工作范围。

基于板上封装技术的大功率LED热分析

根据大功率LED板上封装(COB)技术的结构特点,提出三种COB方法。第一种方法是把芯片直接键合在铝制散热器上(COB—III型),另外两种方法是分别把芯片键合在铝基板上和铝基板的印刷线路板上(COB—II和COB—I型),并对三种COB的热特性进行有限元模拟、实验测量和对照分析。结果表明:在环境温度为30℃时,采用第一种封装方法的芯片结温比第二、三种方法分别下降21.5,42.7℃,热阻也分别下降25.7,58.8 K/W;采用第一种封装方法的芯片光衰小于第二、三种封装方法。

功率型白光LED封装的热分析

应用有限元方法研究了一种典型的白光LED封装结构的温度场、光波电磁场及热应力场的分布规律,分析结果表明:对支架式封装的功率型LED系统,当达到热稳态平衡时,在芯片上的温度达到最高,环氧透镜顶部表面的温度最低,对1W功率芯片,在自然冷却时最高点与最低点温度差为5.4℃,在强制风冷时最高点与最低点温度差为2.5℃.LED温度场分布对光波电磁场有影响,芯片温度越高其发光强度下降也越快;温度引起的热应力主要集中在芯片附近,芯片与基板之间的焊料处也存在较大的应力.

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。

照射角度对大功率LED筒灯散热性能影响的分析

为了满足照明需求,有时需要将LED灯具设计成照射角度可调的结构,采用有限元软件分析了三款搭配常见散热器的大功率LED筒灯在不同照射角度下的散热性能,结果发现搭配辐射状散热器的LED筒灯在低于30°照射角下散热效果较佳;搭配平板状散热器的LED筒灯绕不同方向转动照射时散热效果不同,在绕文中所示X轴方向转动时散热效果较好,适合多角度照射;搭配柱状散热器的LED筒灯在多角度照射情况下都具有较好的散热效果。研究结果为以后的筒灯设计提供了参考依据。

LED组合光谱对水培生菜矿物质吸收的影响

在植物工厂全密闭环境中水培种植大速生生菜,以光谱比例可调节的LED灯板为植物生长光源,应用电感耦合等离子体原子发射光谱技术(ICP-AES),研究了红蓝LED组合光谱下生菜对K,P,Ca,Mg,Na,Fe,Mn,Zn,Cu,B,Mo等11种营养元素的吸收特性。结果表明:(1)与叶绿素生理吸收波峰(峰值450和660nm)对应的单一或组合光谱均可增强水培生菜根对Na,Fe,Mn,Cu,Mo元素的吸收能力,且单一红光光谱的促进作用最为显著,四种元素含量分别为荧光灯全光谱下的7.8,4.2,5.3,11.0倍;(2)根对K和B元素的吸收量在荧光灯全光谱下达到最大分别为10.309mg·g-1和32.6μg·g-1,而在红、蓝单一或组合光谱下吸收能力降低;(3)单一蓝色光谱下根对Ca和Mg元素的吸收受到抑制,分别比荧光灯对照降低35%,33%;(4)生菜在30%蓝光+70%红光的光谱条件下生物量最高,而在20%蓝光+80%红光条件下对Ca,Mg,Na,Fe,Mn,Zn,B七种元素的累积量达到最大值。试验结果为水培生菜光源光谱选择及营养液配方调节提供了理论依据。

大功率LED封装散热关键问题的仿真

基于ANSYS有限元软件对目前3种典型LED封装结构的温度场进行模拟分析.通过比较得出,优化封装结构可以有效地提高LED散热性能,途径最佳的是减少热沉数量,次之为降低热沉热阻;经与热对流方式对LED散热效果比较,发现优化封装结构降低结温的效果并不明显.而在可实现的光转换效率下,经过必要的选材优化后,强制对流是最有效解决散热的方法.

内嵌EEPROM的升压LED驱动器控制芯片设计

设计了一款集成了输入串行数字接口、内嵌EEPROM单元的同步整流升压式DC-DC转换芯片,用于手机背光灯的白光发光二极管(LED)驱动控制。通过内嵌的8位EEPROM存储阵列电路对芯片进行配置可得到3个不同型号的芯片系列,分别驱动3、4、5个串联白光二极管,并依次对应三种过压保护阈值(14.5、18.5和23.5 V)。该芯片可采用1、1.2、1.4和1.6 MHz高频开关频率,具体频率可通过EEPROM进行配置,给芯片外围电路的设计带来了极大的灵活性。同时,可利用EEPROM单元对芯片中的参考电压基准电路进行校准,提升芯片性能。