随着相关技术的飞速发展,LED的功率增长速度越来越快,产生的热流密度越来越高,LED对创新、先进的散热技术的需求越来越紧迫,对散热技术的要求也越来越高,散热问题一直以来都是制约LED发展的关键因素之一。由此可见,LED急需新一代散热技术,该技术应该具备以下优点:高散热效率,小重量,小体积,低成本,低噪音,低功耗,可集成度高,没有运动部件等。离子风散热技术具备这些优点,很可能成为满足LED散热的新一代散热技术。本文基于电晕放电理论,设计了一种离子风发生装置,装置由针状发射电极和网状收集电极组成,其具备前面提到的各个优点,能与LED芯片高度集成,实现一体化封装;同时,设计了实验测试平台,对影响离子风发生装置性能的关键参数进行了研究,重点研究了发射电极形状、收集电极形状、电极间距和工作电压等因素对离子风发生装置的影响,针对散热表面尺寸为40mm×40mm的高热流密度LED芯片设计了离子风发生装置阵列,进而设计出满足LED芯片散热需求的离子风散热系统,同时,设计对比实验,对比分析离子风散热系统与传统强制风冷散热系统的散热效果,具体研究内容与结论如下:1.采用紫铜作为发射电极和收集电极的材料,利用激光加工设备对0.1mm厚度的紫铜板进行激光加工,通过后期组装制成离子风发生装置,使用单一变量法对网状收集电极网格尺寸、针状发射电极直径和电极间距等影响因素逐一展开实验研究,结果表明:收集电极网格尺寸为1.0mm×1.0mm、发射电极直径为0.122mm、电极间距为5mm是优选的结构参数,实现的最高风速达到2.45m/s。2.设计了一个适用于离子风发生装置阵列性能测试的实验平台,通过控制单一变量,对离子风发生装置阵列纵向间距、横向间距,以及收集电极与散热表面夹角等关键参数进行实验研究,实验结果显示:优选的纵向间距为6mm,优选的横向间距为2.64mm,收集电极与散热表面夹角优选值为30°,实现的最低温度为50.29°C。3.分别研究了不同热流密度、不同工作电压等因素对LED离子风散热系统性能的影响,并设计对比实验,对比分析离子风散热系统与传统强制风冷散热系统的散热效果,实验结果表明:在0.3752cm W热流密度下,系统的散热效果最佳,实现的对流换热系数最高可达到75.56W/(㎡·K);当工作电压为4.2k V时,系统的散热效果良好,实现的对流换热系数最高可达到66.71W/(㎡·K);当功耗在0-0.026W时,离子风散热系统占有绝对优势,实现的对流换热系数最高可达到51.30W/(㎡·K)。本文为高热流密度LED离子风散热系统的设计、结构优化提供了新思路,对离子风散热系统的传热特性和应用研究丰富了LED芯片热管理的应用体系,为以LED芯片为代表的高热流密度芯片的热设计提供了新方案。