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《大功率氮化鎵基白光led模組的散熱設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、大功率氮化鐐基白光LED模組的散熱設(shè)計《半導(dǎo)體光電》2007年10月第28卷第5期F馬洪霞等：大功率氯化落基白光LED模組的散熱設(shè)計峰一土一一d,光電器件1一o二。一日大功率氮化鐐基白光LED模組的散熱設(shè)計L馬洪霞1,錢可元1,韓彥軍2,羅毅h2清華大學(xué)1.深圳研究生院半導(dǎo)體照明實驗蠱。廣東深圳s1?572?電子工程系集成光電子學(xué)國家重點實驗室.北京100084）摘要：散熱設(shè)計是大功率發(fā)光二極管（LED）模組結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。首先利用計算流體力學(xué)方法對自然對流條件下大功率LED模組的溫度場進行了模擬，提出并優(yōu)化了模組可采用的散熱片結(jié)構(gòu)，進而對影響模組散熱的
2、其他關(guān)鍵因素進行了分析，結(jié)果表明，提高關(guān)鍵封裝材料如銀膠的熱導(dǎo)率能夠有效地降低芯片溫度，提高芯片溫度均勻性；多芯片封裝時芯片的整體溫度及均勻性相對于單芯片封裝皆有改善。優(yōu)化后的封裝結(jié)構(gòu)在5w電功率注入條件下，芯片魴溫約60°CO關(guān)鍵詞：散熱；LED；GaN中國分類號：TN312文稼標(biāo)識碼：A文章編號：1001—58ooLEDMANSheb?帥IHANY吼嘲啦h岫5n岫伽opt■-JCHNMAHtedwasn!?｛雌,磷IIg1岫uIII哪jCHN)manaousandowerGaNbTempLEDusingtheanashoweasingthermalcon
3、ductivityoares,andtemperattotti——chieraformity?Th60°CundeKeywordthermalgn；LED；GaN1引言以氮化鐐基藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)結(jié)合黃光熒光粉制作的白光LED被認(rèn)為是潛在的壽命長、發(fā)光效率高、體積小的綠色光源，冇望進入通用照明領(lǐng)收稿日期：2007—01-17,基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(60536020,60390074)；國家。973”計捌項且(2006CB302801,2006CB302804,2006cB302806)；國家“863”計劃項冃(2006AA03A105)｝北京
4、市科委重大計捌資助項冃(D0404003040321).域，并占有一定的市場份額。但是隨著輸入電功率的增長，若封裝模塊的散熱不良，則有源區(qū)的溫度不斷升高，對白光LED的性能產(chǎn)生不利影響，如藍(lán)光LED的峰值波長紅移o],偏離熒光粉的吸收峰，功率效率下降；熒光粉老化｝環(huán)氧樹脂炭化變黃口3；過高溫度加速器件的老化等。因此，散熱問題成為半導(dǎo)體照明系統(tǒng)設(shè)計必須考慮的重要因素。迄今為止，報道的關(guān)于LED熱分析的文獻都是將空氣自然對流過程近似為表面均勻的簡單換熱過程o“]，但集中在對倒裝芯片焊點的均勻性分析上。但封裝后?627?萬方數(shù)據(jù)蘭竺竺墮！鑒竺望！嬰整竺皀蘭竺??！塑
5、翌！?。。。。后茫。。?！的LED模組，產(chǎn)牛熱量最終需要通過散熱片向空氣散出，因此與空氣自然對流過程密切相關(guān)，不是簡單的表面均勻的換熱過程，因此對于大功率LED模組的封裝散熱優(yōu)化分析，有必要引入計算流體力學(xué)(computationa1fluiddynamics,cFD)的方法對模組的散熱性能進行精確的模擬，以達到設(shè)計目標(biāo)(目前公認(rèn)的LED可承受的溫度為120°C)o由于本文將著重討論應(yīng)用于普通照明的5wLED模組的散熱問題，散熱片作為模組的外圍結(jié)構(gòu)需要考慮安裝電路、放置反射碗等同題，而一般的電子器件散熱片由于外形結(jié)構(gòu)限制都不能直接應(yīng)用在LED模塊上，因此需耍設(shè)
6、計適用于這些特殊耍求的散熱片結(jié)構(gòu)。本文用cFD方法模擬了自然對流條件下大功率LED模組的溫度場，提出并優(yōu)化了5wLED模組可采用的散熱片結(jié)構(gòu)。進而分析了影響LED模組散熱特性的其他主要因素，并對單芯片封裝與多芯片封裝的散熱特性進行了比較。2數(shù)學(xué)模型圖1為LED模組的封裝形式的結(jié)構(gòu)示意圖，由下至上依次為環(huán)氧樹脂透鏡、芯片，粘結(jié)用的銀膠、鋁基板和散熱片。因為環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率很差，所以芯片產(chǎn)牛的熱量絕大部分經(jīng)銀膠、鋁基板等傳導(dǎo)到散熱片上,然后通過散熱片向大氣散出。因此，模組的散熱包括三部分：模組各固體部件之I'可的熱傳導(dǎo)，散熱片與流體（空氣）之問的耦合傳熱、大氣的
7、自然對流散熱。系統(tǒng)內(nèi)傳熱和流體流動的控制方程如下：罵掣+蹩掣一od（1）dz“罷+。囂=一去差+,（嘉+霧）cz,“磊十。麗2—i蓋十'I瓦了11麗_Jq，V塞+?？家灰蝗ト?,（喜+孝）+腳（T—To）（3）“團十。萬一。I夏丁十五丁J十6“瑟+。等一n（罄+等）+s㈤式中，“、口、p,T分別為z,,方向速度分量、壓力和溫度｝盧、g、口、d、P、S分別為熱膨脹系數(shù)，重力加速度、粘性系數(shù)、熱擴散系數(shù)、密度和內(nèi)熱源項。因為復(fù)雜形狀的三維問題很少能找到解析解，所以我們用cFD方法對模組的散熱問題進行了數(shù)值模擬。實際應(yīng)用中，由于注入電功率為5w,一部分電功率轉(zhuǎn)化為
8、光功率,所以耗散熱功率實際上小于5萬方數(shù)據(jù)竺?。海?！
