功率型LED的熱測試和熱仿真.pdf

1、隨著發(fā)光二極管(LED)芯片發(fā)光效率的提高以及功率型LED芯片的制備成功，使得LED半導(dǎo)體固體照明成為現(xiàn)實。由于功率型LED與傳統(tǒng)光源相比的突出性能以及其未來的巨大市場前景，各個國家、地區(qū)爭相投資研發(fā)LED照明光源。但是功率型LED同時也存在發(fā)光效率低和發(fā)熱量高的發(fā)展瓶頸。本文主要圍繞功率型LED的熱問題展開研究，包括單芯片和多芯片功率型LED的熱測試和熱仿真。具體包括以下內(nèi)容： 1.闡述了LED的發(fā)展歷史、發(fā)光機制以及其特點和

2、應(yīng)用，并詳細說明了結(jié)溫對LED性能的影響，指出對LED熱問題研究的必要性。 2.介紹熱傳遞基本原理以及LED的熱學參數(shù)與熱學模型，還回顧總結(jié)了LED熱阻的各種測量方法。 3.從理論上詳細分析了LED正向電壓隨溫度變化的物理機理，并在大的電流范圍(0.1～200mA)和溫度范圍(60～350K)內(nèi)，對AlGaInP，InGaN材料系功率型LED正向電壓隨溫度的變化關(guān)系進行了系統(tǒng)的實驗研究。發(fā)現(xiàn)在恒定電流下，兩者的關(guān)系可分為

3、高溫區(qū)和低溫區(qū)兩段。在高溫區(qū)兩者為線性反比關(guān)系，并且電壓溫度系數(shù)與正向電流有關(guān)：在低溫區(qū)正向電壓隨溫度減小而突然急劇增大。我們提出的理論模型很好地解釋了實驗結(jié)果。 4.運用電學法測量單芯片功率型LED瞬態(tài)冷卻曲線，通過數(shù)學方法將其轉(zhuǎn)化為積分和微分結(jié)構(gòu)函數(shù)來分析LED封裝器件各區(qū)域的熱阻和熱容。1μs的瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集精度和高的重復(fù)性保證了實驗結(jié)果的準確性和可靠性。應(yīng)用這種方法比較了三種不同金屬芯印刷電路板(MCPCB)對單芯片功率型

4、LED的散熱效果，得知貝格斯鋁基板散熱性能最好，ANT鋁基板次之，普通鋁基板最差。還對同封裝結(jié)構(gòu)的單芯片和三芯片功率型LED進行了熱測試分析，實驗結(jié)果與熱學模型的理論預(yù)計結(jié)果相一致。并得知金屬塊到MCPCB間的熱阻對多芯片LED的結(jié)溫影響最為顯著，熱管理設(shè)計時應(yīng)著重考慮該部分影響。 5.根據(jù)實際封裝結(jié)構(gòu)分別建立了單芯片和三芯片功率型LED的有限元熱學模型，并通過實際樣品的測試結(jié)果驗證了仿真模型的準確性。并對單芯片功率型LED討論