大功率LED封装的散热分析

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发光二极管(LED)因其无污染、高效率、体积小等诸多优点,被认为是21世纪最有价值的新光源,将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主流,有着巨大的市场前景。随着近年来LED芯片的功率密度越做越大,导致在芯片上产生大量的热,热量的聚集将会导致芯片结温升高和发光效率降低等一系列不良后果,进而缩短LED的正常工作寿命。因此,对大功率LED进行散热研究具有一定的实际意义。本课题主要围绕大功率LED的散热问题进行研究,利用有限元法对LED封装结构、封装材料进行分析与设计。首先系统的介绍了LED的发光原理、特性参数等一些基础知识。接着介绍了传热学的相关理论,提出了LED的热阻网络模型,并对大功率LED的热阻进行理论计算。本文采用有限元法对大功率LED封装进行三维热力学分析,得到其稳态时的温度分布,分布显示塑料封装与芯片之间的温差较大,而散热基板和芯片之间的温差则较小,从中可以看出芯片产生的绝大部分热量主要通过基板传递到空气中。接着利用有限元法分析了不同封装结构、封装材料、散热条件等对LED散热性能的影响。论文对条形齿散热器进行模拟分析,得到了不同的散热器材料、尺寸等因素对散热器散热性能的影响。结果表明:散热器鳍片的个数越多、间距越小、高度越高,散热器的散热性能越好,但鳍片的厚度变化对散热性能影响较小。此外本文还对墩形齿散热器的散热性能进行了分析,结果表明:当鳍片间距小于特定值时,墩形齿散热器的散热性能就会优于条形齿散热器。
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