去除铝基板的大功率LED热分析

提出一种大功率LED免铝基板封装方式,采用ANSYS有限元热分析软件对传统的铝基板封装和免铝基板封装的LED进行模拟对比分析。模拟结果表明:两种封装结构的LED,其最高温度均出现在LED芯片处;对于单颗功率1 W、3颗功率1 W和单颗功率3 W的器件,由于有效地简化了散热通道、大幅度降低了总热阻,采用免铝基板结构的最高温度分别降低了6.436,9.468,19.309 ℃。传统的铝基板封装即使选用热导率高达200 W/(m·K)的基板,其散热效果依旧略逊于免铝基板封装结构,且随着LED功率的增大,免铝基板的新型封装结构散热优势更加明显。本文的研究为解决大功率LED的散热问题和光色稳定性问题提供了一种新途径。     

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块（0.025 m0.025 m0.005 m）输入30 W 电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31％,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。     

CPU热管散热器的实验研究

为探究热管散热器的散热性能,选取使用热管数量分别为两根、四根、六根的三种重力式热管散热器为研究对象进行实验。这三种热管散热器热管与翅片的结构型式相同,翅化比均接近13.5,因此具有较高的可比性。在风速为1.7 m/s的工况下,测得了两热管散热器最大散热功率为78 W,总热阻为0.57 K/W;四热管散热器最大散热功率为116 W,总热阻为0.36 K/W;六热管散热器最大散热功率为240 W,总热阻为0.19 K/W。六管散热器蒸发端与冷凝端均温性较好,三种热管散热器达到热平衡的时间约为17 min。     

泵辅助毛细相变回路的性能研究

为解决环路热管运行温度波动和传输距离有限的问题,设计一套泵辅助毛细相变回路。实验测试表明,在设计传输距离为2 m,测试热负荷10~140 W,对应热流密度1~13.8 W/cm~2时,系统运行平稳,未出现温度波动。根据蒸发器出口蒸气是否过热,将系统运行特性曲线划分为两个区间,在蒸气过热段,加热面温升较快。蒸发器受热面等温性较好,在实验热负荷范围,加热面测点间最大温差小于1.5℃。随热负荷的增大,蒸发器热阻呈先减小后增大的变化趋势。     

大功率LED纳米银烧结界面热阻和发光性能

利用纳米银烧结工艺制备大功率LED,重点探究了纳米银键合层的界面热阻及器件发光性能。通过将纳米银膏在不同温度下烧结,系统地研究了烧结温度对纳米银烧结后电阻率及接头剪切强度的影响,并分析了烧结后银膏的晶体结构及接头断口微观形貌。结果表明,接头键合强度和银膜导电率均随纳米银烧结温度的升高而增大。实验中还对比分析了纳米银烧结LED和传统锡银铜（SAC305）焊膏封装LED的界面热阻、结温以及发光性能。与纳米银烧结LED样品相比,传统焊膏封装LED的界面热阻和结温分别提高了8.9%和29.6%,说明纳米银键合层拥有更好的导热性并可及时为芯片散热降温。此外,通过高温老化实验,深入探讨了不同焊膏烧结LED的界面热阻及发光效率变化。实验表明,经过100℃下点亮500 h,纳米银和传统焊膏烧结LED样品的总热阻分别增大了0.03 K/W和4.28 K/W,但纳米银键合层界面热阻比老化前有所降低,同时纳米银烧结LED样品在不同电流下的发光效率始终高于传统焊膏封装LED样品。     

板式脉动热管用于LED散热研究

随着LED输入功率的不断提高,大耗散功率带来的高发热量及要求高的出光效率给LED散热提出了更高的要求。脉动热管与常规的散热技术相比,具有高效、结构简单、传热性能好等优点。本文主要通过板式脉动热管对大功率LED散热实验,对热管壁面温度及LED发光强度随时间的变化特征进行了研究。实验结果分析表明:板式脉动热管对各功率LED都会产生非常显著的冷却效果。随着LED功率的增大,脉动热管的启动时间逐渐减短,热阻也呈下降趋势。在理论方面,通过建立LED板式脉动热管水冷理论模型,发现板式脉动热管的热阻是影响LED结温高低的重要因素。     

基于平板热管的大功率LED照明散热研究

针对大功率LED照明散热问题,本研究将新型平板热管传热与大功率LED照明灯散热相结合,试验研究了利用平板热管散热器散热的LED阵列光源的工作状况。试验结果表明:与无热管的肋片散热器相比,加热管的LED光源芯片中心温度在结温允许范围内比只加普通肋片的LED低约5℃,设置平板热管的LED照明装置的散热器各部分温度分布更均匀。散热器表面温度达到稳定所需时间较快,这种结构的热管散热器可以有效提高肋片散热器的工作效率、结构紧凑、重量轻、成本低,可以满足未来大功率LED散热的要求。     

热管换热器用于LED冷却系统的实验研究

研发了一系列将发光二极管(LED)散热与热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器,并对其传热性能进行了实验研究。结果表明,该系列热管散热器具有良好的散热能力,能将节点温度控制在70℃以下,满足了大功率LED对结点温度的控制要求;实验结果还表明,翅片结构不同,换热器散热能力明显不同,所研发系列异形翅片热管换热器的散热能力明显高于目前常用的普通矩形翅片热管换热器,其中以外翻形翅片热管换热器散热能力最好;还研究了热管换热器工作倾角对其散热能力的影响,并给出了热管排布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响。     

基于开缝基板的大功率LED散热性能研究

为了实现大功率多芯片LED的芯片直装散热(COH)封装的高效散热,提出了一种开缝基板的新型散热结构,并运用Icepak仿真软件模拟分析了在自然对流下不同缝间距对结温、热阻、流场分布和换热特性的影响。结果表明,开缝基板能有效改善流场分布,提高表面换热系数,增加散热性能。在传导和对流的双重作用下,存在最佳缝间距使结温和热阻最低,输入功率为1 W时,结温和热阻分别降低3.2K和1.01K/W。随芯片输入功率的增加,开缝基板的散热效果愈发明显。同时,开缝基板的提出也节省了器件封装成本。     

沟槽热管模块热性能实验研究

热管在高频高速电子元件散热方面应用广泛，以其稳定、均温性好且响应快为优势。针对大功率电子器件的紧凑高效集成，以提高热流密度为目标，设计了一种新型沟槽热管模块。对该沟槽热管进行稳态和瞬态热性能响应实验研究，研究了四种不同规格的热管匹配四种不同针柱翅片散热器的功率散热模块。结果表明，沟槽热管在整个模块散热中占比66.1%,在高功率电子元件散热时采用模拟电源散热单位面积、沟槽道平板热管单边面积、针柱散热器底盘面积比为1:16:16的模块，面积比为1:16:16、1:16:9和1:9:16的模块展示了最佳散热性能，最低热阻分别可达到0.16 K/W、0.19 K/W和0.21 K/W,面积比为1:16:1.57、1:16:9、1:16:16的模块在加热功率为16 W时启动时间为400 s,可更好保护电子元件。     

补偿腔支路对环路热管传热性能影响的实验研究

在环路热管系统工作中,存在因补偿腔温度过高而造成的蒸发器烧干现象。在常规环路热管系统中设计了补偿腔支路,以带走热源向补偿腔传递的径向热量,并对设计的环路热管系统进行实验测试,分析补偿腔支路对环路热管传热特性的影响。实验结果表明:补偿腔支路开启后,在热流密度14 W/cm²时,系统稳定启动所需时间从4 min减少到3 min,表明系统稳定启动所需时间减小,有利于快速启动;在热流密度18 W/cm²下,对应的壁面温度从88.2℃降至85.4℃,系统热阻从0.56 K/W减小到了0.49 K/W,表明系统所能承受的最大热流密度更大,系统热阻也更低,因此系统的传热性能更好。     

"Ω"形微槽热管传热性能的实验研究

本文对一定型"Ω"形轴向槽道热管传热性能进行了实验研究,着重分析了该型热管在水平工况下的轴向温度分布、当量导热系数和总热阻、蒸发/凝结传热系数和最大传热能力.研究表明,该型热管元件具有良好的等温特性和导热性能,可实现高热流、长距离、低温差的热量传输;热管的最大传热能力受其工作温度影响较大,在工作温度较低时具有良好的传热能力,但在高温工况下,传热能力受到削弱.     

Characteristic enhancement of white LED lamp using low temperature co-fired ceramic-chip on board package

In this paper, we propose low temperature co-fired ceramic-chip on board (LTCC-COB) package with improved thermal characteristics; no insulation layer exists between the LED chip and metal base. In actual measurement as well as in thermal simulation, the proposed LED lamp structure showed excellent thermal properties, compared with surface mound device-printed circuit board (SMD-PCB) package LED lamp. The optical output power, thermal distribution, current-voltage (I-V) and electroluminescence (EL) were measured and compared to analyze the characteristics of LTCC-COB package LED lamp with SMD-PCB package LED lamp. EL peak intensity of LTCC-COB package LED lamp is 1.75 times better than that of SDM-PCB package LED lamp. The thermal resistance between packing area and air was found to be 7.3 K/W and 7.9 K/W for LTCC-COB package and SMD-PCB package respectively. The proposed LTCC-COB packaged LED lamp is not only suitable for high power LED package due to its low thermal resistance but also a promising solution for illumination modules.     

新型沟槽道微热管散热性能实验研究

微热管以其效率高、响应快且无能耗,在高功率集成微电子散热方面应用广泛。针对电子器件的小型化、高能耗发展趋势,本文提出一种新型沟槽道微热管结构,对该沟槽道微热管进行稳态和瞬态热性能实验研究,研究了风速、角度、加热功率等因素对该新型热管的热性能影响规律。结果表明,该微热管在整个散热器传热上起主导作用,性能比达到0.88,冷凝端温差为0.8℃,具有良好的均温性,该微热管加热功率为140 W,空气流速1.5 m/s时,换热系数可达2 359 W/(m^2·℃),热阻为0.27℃/W;高功率状态下可保持良好的热扩散性能,有效避免微热管的热应力集中,有望高效解决集成电子器件的散热问题。     

温度和电流对白光LED发光效率的影响

对大功率白光LED发光效率进行了研究,得出温度和电流对LED发光效率的影响:随着温度的升高,势阱中辐射复合几率降低,从而降低了发光效率;电流的升高,使更多的非平衡载流子穿过势垒,降低了发光效率。LED工作时,过高的工作温度或者过大的工作电流都会产生明显的光衰:如果LED工作温度超过芯片的承载温度,这将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并且对LED造成永久性破坏;如果LED的工作电流超过芯片的饱和电流,也会使LED发光效率快速降低,产生明显的光衰。并且LED所能承载的温度与饱和电流有一定关系,散热良好的装置可以使LED工作温度相对降低些,饱和电流也可以更大,LED也就可以在相对较大的电流下工作。     

大功率LED热管散热的分析

提出了利用热管技术对大功率LED(Light Emitting Diode)进行散热的构想,设计了LED热管散热器的原理结构,并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析,建立了传热模型,导出了总传热系数的计算式,并给出了该热管散热器的设计计算实例。     

Thermal optimization of high power LED arrays with a fin cooling system

In this paper, we describe an optimization process of thermal design for the light lamp which utilizes the Light Emitting Diode (LED) module as a lighting source. The thermal performance of the LED module was shown to significantly improve by the optimization process of cooling system attached with it. A wind circulating cooling system was designed for the LED arrays with the input power of 60?Watts and another heat pipe cooling system was designed for the input power of 144?Watts. The effects of design parameters such as air temperature and air velocity on the thermal performance of LED lamp were investigated. Thermal performance of the two cooling systems was compared for practical application.     

An Experimental Study on the Performance of a Loop Heat Pipe

Modern electronics require better thermal management technologies to ensure long lifetime stability and reliable working. Aiming to evaluate the feasibility for a loop heat pipe being used for the heat dissipation of electronics, a stainless-steel/water loop heat pipe is design and an experimental system to study its heat transfer performance is set up. Experimental results show that at optimal heat load and with the loop heat pipe being aligned perpendicularly to the horizontal plane, its thermal resistance is lowered to be ～0.27 K/W. The loop heat pipe also shows good startup characteristics and can steadily work as well. All these indicate that the loop heat pipe has the potential to be a good solution for cooling of modern electronics.     

Thermal resistance matrix representation of thermal effects and thermal design in multi-finger power heterojunction bipolar transistors

The thermal resistance matrix including self-heating thermal resistance and thermal coupling resistance is presented to describe the thermal effects of multi-finger power heterojunction bipolar transistors. The dependence of thermal resistance matrix on finger spacing is also investigated. It is shown that both self-heating thermal resistance and thermal coupling resistance are lowered by increasing the finger spacing, in which the downward dissipated heat path is widened and the heat flow from adjacent fingers is effectively suppressed. The decrease of self-heating thermal resistance and thermal coupling resistance is helpful for improving the thermal stability of power devices. Furthermore, with the aid of the thermal resistance matrix, a 10-finger power heterojunction bipolar transistor (HBT) with non-uniform finger spacing is designed for high thermal stability. The optimized structure can effectively lower the peak temperature while maintaining a uniformity of the temperature profile at various biases and thus the device effectively may operate at a higher power level.