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发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是一种可以将电能转化成光能的电子元件。与传统的白炽灯和荧光灯相比,LED具有体积小,功耗低,寿命长,反应时间短,可靠性高,无污染等优势,因而,LED在不久的将来将会替代传统光源,成为第四代新光源。但是,为了满足不同场合对光源的需求,LED需要不同大小的功率,而随着LED功率的升高,其自热效应越来越严重。如果芯片产生的热量不能及时的传导到外界,就会使结温升高,导致LED的光效降低,波长红移,寿命变短。所以,有效的热管理是提高LED性能的最有效的方法。本论文通过使用COMSOL软件,对集成LED芯片进行建模仿真,并对其散热器尺寸参数和芯片结构进行散热分析和优化。首先,本论文对LED的特点、基本结构、工作原理进行了简短的介绍,阐明了结温升高对LED性能的一系列不利影响。同时介绍了LED的特性参数、热传递原理、散热理论和芯片的封装结构。并在此基础上建立了集成LED芯片的三维模型。其次,本论文对市场上常见的三种散热器结构进行了仿真优化。结果表明,平板式散热器的最佳尺寸参数是:翅片长度为25mm,翅片数目为20个,翅片厚度和基板厚度对散热性能影响不大;串片式散热器的最佳尺寸参数是:内圆柱体半径为4.0mm,翅片半径为25mm,翅片数目为10个,翅片厚度对散热性能影响不大;鳍片式散热器的最佳尺寸参数是:翅片高度为30mm,翅片长度为25mm,翅片数目为24个,内圆柱体半径为4.0mm,翅片厚度为1mm。最后,本论文对集成LED芯片内部进行散热分析优化。一方面对固晶胶对散热的影响进行仿真分析,结果表明:在没有气孔情况下,固晶胶热导率从1 W/mK增大到10W/mK时,芯片的结温降低了37℃;而当固晶胶热导率大于10W/mK时,结温下降幅度可以忽略。在有气孔的情况下,当固晶胶热导率比较低时,气孔对结温的影响比较大,串通型气孔的结温和非串通型气孔的结温分别比无气孔时结温升高4℃和11℃。当固晶胶热导率比较大时,气孔对结温的影响可以忽略。另一方面,对倒装封装型LED芯片结构进行了优化。通过仿真结果表明,优化后的结构在功率为18W时,结温比传统结构降低7.1℃,并且温差随着LED芯片功率的增加而不断增大。