基于熱管結(jié)構(gòu)的多芯片大功率LED照明系統(tǒng)集成技術(shù)研究.pdf

1、LED作為一種新型高效固體光源,具有節(jié)能、環(huán)保和壽命長等特點(diǎn),大幅降低了用電量,減少了有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。但是LED在工作時(shí)有10％~20%的功率轉(zhuǎn)化為光能,80%~90%的功率轉(zhuǎn)化為熱能,因此開發(fā)熱可靠性高、光學(xué)性能優(yōu)異的封裝結(jié)構(gòu)對(duì)照明用LED的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。
　　本文針對(duì)制約照明用LED發(fā)展的散熱和光學(xué)設(shè)計(jì)這兩大關(guān)鍵問題,研究了基于熱管結(jié)構(gòu)的大功率LED散熱問題;分析了LED照明系統(tǒng)的光照度和均勻性,并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)和完善。<

2、br>　　首先,在對(duì)LED市場需求和產(chǎn)品應(yīng)用進(jìn)行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上,介紹了當(dāng)前國內(nèi)外大功率LED制造所采用的工藝、材料、熱設(shè)計(jì)方法及光學(xué)設(shè)計(jì)方案等。在此基礎(chǔ)上,提出了本課題的研究內(nèi)容和研究思路。
　　其次,針對(duì)多芯片大功率的LED發(fā)光器件提出了熱管加翅片散熱的熱設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行熱管材料、工質(zhì)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)與選擇,核算熱管的毛細(xì)極限,確定熱管的導(dǎo)熱能力;基于熱管熱阻網(wǎng)絡(luò)圖,估算熱管的熱阻和熱傳導(dǎo)系數(shù);在此基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的結(jié)溫,

3、估算翅片有效散熱面積,并應(yīng)用熱阻網(wǎng)絡(luò)圖估算芯片結(jié)溫為62℃。
　　然后,采用專業(yè)熱分析軟件ICEPAK對(duì)基于熱管散熱的大功率LED照明系統(tǒng)進(jìn)行了熱仿真分析。探討了熱分析與流體分析所需求解的微分方程和基于有限體積法求解的基本思想。簡要介紹了基于有限體積法的熱分析軟件ICEPAK,基于該軟件建立了基于熱管散熱的大功率LED照明系統(tǒng)的熱仿真模型,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境設(shè)置合理邊界條件并進(jìn)行分析求解,結(jié)果顯示芯片的最高溫度為65℃。ICEPAK

4、軟件求解的結(jié)溫與基于熱阻網(wǎng)絡(luò)求解的結(jié)溫63℃相比,結(jié)果相差幅度為3%,同時(shí)也驗(yàn)證了所采用熱管和翅片結(jié)構(gòu)的合理性。此外,針對(duì)LED散熱系統(tǒng)中的翅片結(jié)構(gòu),系統(tǒng)分析了翅片厚度、高度和翅片間距及有效散熱面積對(duì)結(jié)溫的影響,同時(shí)考慮到LED成本最低和結(jié)構(gòu)輕量化需求,選取翅片厚度為1mm,高度為25mm,翅片個(gè)數(shù)為13片為最優(yōu)的一組數(shù)據(jù),此時(shí)芯片結(jié)溫最低為59℃,完全符合多芯片大功率LED實(shí)際應(yīng)用要求。
　　最后,對(duì)大功率多芯片封裝LED照明系