大功率LED路燈散熱研究.pdf

1、高功率、高熱流密度的LED路燈是白光LED在照明領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)，然而，散熱問(wèn)題制約了大功率LED路燈的進(jìn)一步推廣，影響大功率LED散熱的主要因素是芯片封裝結(jié)構(gòu)和外部散熱器，因此，從芯片級(jí)和系統(tǒng)級(jí)分別入手研究大功率LED的散熱難題具有重要意義。
　　本文針對(duì)倒裝焊芯片展開(kāi)等效熱路分析，確定襯底層是影響其散熱的關(guān)鍵因素。運(yùn)用有限元軟件ANSYS對(duì)芯片進(jìn)行傳熱模擬，分別驗(yàn)證常用的三種襯底材料藍(lán)寶石、硅及碳化硅對(duì)芯片熱阻的影響，并模擬

2、藍(lán)寶石和碳化硅襯底的厚度變化對(duì)芯片熱阻的影響，結(jié)果顯示上述材料對(duì)應(yīng)的芯片熱阻從高至低依次為：藍(lán)寶石、硅和碳化硅；藍(lán)寶石作為襯底時(shí)芯片熱阻隨襯底厚度近似線性變化，而碳化硅作為襯底時(shí)芯片熱阻隨襯底厚度近似呈拋物線變化。模擬結(jié)果從散熱的角度給出了芯片封裝最佳襯底材料及其厚度。
　　路燈系統(tǒng)的散熱分析首先簡(jiǎn)化物理模型，展開(kāi)熱阻研究建立數(shù)學(xué)模型，提出采用翅片散熱器與平板微熱管陣列組合來(lái)設(shè)計(jì)新型散熱器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試微熱管的傳熱特性，并推導(dǎo)出新

3、型散熱器的總熱阻表達(dá)式，進(jìn)行散熱器的參數(shù)設(shè)計(jì)，給出芯片結(jié)溫的計(jì)算方法。
　　對(duì)新型散熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先選取影響系統(tǒng)散熱的最主要因素為待優(yōu)化變量，以芯片結(jié)溫和散熱器重量作為優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)用遺傳算法展開(kāi)優(yōu)化，得到4組pareto最優(yōu)參數(shù)。在計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSYS Icepak中模擬檢驗(yàn)優(yōu)化后的散熱器的換熱能力，并考慮改變肋片局部形貌對(duì)強(qiáng)化散熱的貢獻(xiàn)，模擬證實(shí)新型散熱器可以保證路燈工作溫度低于70℃，同時(shí)改變肋片局部形貌可以提高肋