高功率LED器件的热特性分析

GaN基白光LED不断向高功率、高性能和长寿命方向发展,GaN基白光LED的热性能成为在使用中的重要参数.采用瞬态热测量方式,对工作在不同的温度和驱动电流的GaN基发光二极管的热性能进行了研究.通过比较光、电特性发现LED芯片对器件热阻影响很小,但同时管芯附着层对LED器件的热特性起着非常重要的作用.此外,热电阻随着电流和环境温度的升高而增加,主要归因于管芯附着层声子或粒子的平均自由程减小.     

基于光电热理论的LED热阻测量方法

热阻是反映发光二极管(LED) 器件散热能力的综合参数。本文基于光-电-热(PET)理论,简化了热阻与光通量、电功率 之间的关系,提出了一种利用LED光电特性测量其 热阻的新方法。即利用 光效随结温的变化率 k e 、 热耗散系数 k h 、 散热器 的表面温度 T hs 和最大光通量对应的电功率 P d, 计算 得到 LED 热阻。对不同型号器件进行热阻测量,与标称热阻具有 很 好的一致性,证实了本文方法 的可行性和通用性。 该热阻测量方法简单,无需昂贵的热阻测量仪器,具有较强的工程应用价值。     

功率型倒装结构LED系统热模拟及热阻分析

为了了解功率型倒装结构LED系统各部分热阻,找出LED系统散热关键,对功率型倒装结构LED系统进行了有限元热模拟,同时结合传热学基本原理分析了各部分的热阻.结果表明,LED系统中凸点,Si-submount管壳和散热体的自身热阻较小,而芯片、粘结剂、散热体-环境的热阻较大,占系统热阻主要部分.因此优化设计芯片与散热体,选取导热率高的粘结剂,可以有效降低LED系统的热阻,成为LED系统散热设计的关键.     

功率型倒装结构LED系统热模拟及热阻分析

为了了解功率型倒装结构LED系统各部分热阻,找出LED系统散热关键,对功率型倒装结构LED系统进行了有限元热模拟,同时结合传热学基本原理分析了各部分的热阻.结果表明,LED系统中凸点,Si-submount管壳和散热体的自身热阻较小,而芯片、粘结剂、散热体-环境的热阻较大,占系统热阻主要部分.因此优化设计芯片与散热体,选取导热率高的粘结剂,可以有效降低LED系统的热阻,成为LED系统散热设计的关键.     

大功率LED散热技术和热界面材料研究进展

LED结温的升高将造成发光强度降低、发光主波长偏移、寿命降低等不利影响,开发高效、紧凑、低成本、高可靠性的散热技术是LED的重点研究内容之一。总结了目前大功率LED不同类型散热技术的原理及其研究现状,包括自然对流、风冷、液冷、热管和热电制冷等,分析了各种散热技术的优缺点。并介绍了目前LED常用的几种热界面材料,指出碳纳米管是一种非常有潜力的热界面材料。     

大功率LED封装界面材料的热分析

基于简单的大功率LED器件的封装结构,利用ANSYS有限元分析软件进行了热分析,比较了四种不同界面材料LED封装结构的温度场分布。同时对纳米银焊膏低温烧结和Sn63Pb37连接时的热应力分布进行了对比,得出纳米银焊膏低温烧结粘接有着更好的热机械性能。     

提高小功率白光LED热特性的新方法

在传统直插式LED封装方法的基础上,提出了一种在环氧树脂中添加氮化硼(BN)填料的改进LED封装工艺。测量了BN填料质量分数与导热系数的关系,利用有限元分析软件ANSYS分析和实验测试了采用改进封装工艺φ5 mm白光LED的芯片结温、热阻等参数,并与传统封装方法的白光LED进行比较。结果表明:采用改进封装结构φ5 mm白光LED结温比传统封装方法下降4.5℃,热阻下降了17.8%,同时提高了初始光通量,降低了光衰。     

基于板上封装技术的大功率LED热分析

根据大功率LED板上封装(COB)技术的结构特点,提出三种COB方法.第一种方法是把芯片直接键合在铝制散热器k(COB-III型),另外两种方法是分别把芯片键合在铝基板上和铝基板的印刷线路板上(COB-II和COB-I型),并对三种COB的热特性进行有限元模拟、实验测量和对照分析.结果表明:在环境温度为30℃时,采用第...     

一种高功率LED封装的热分析

建立了大功率发光二极管(LED)器件的一种封装结构并利用有限元分析软件对其进行了热分析,比较了采用不同材料作为LED芯片热沉的散热性能.最后分析了LED芯片采用chip-on-board技术封装在新型高热导率复合材料散热板上的散热性能.     

大功率LED封装界面层裂对界面传热性能的影响分析

对大功率LED封装器件进行了封装界面层裂的热仿真分析,在芯片粘结(DA)层上构建了不同的界面层裂模型,探究了不同层裂形状、位置及分布时界面层裂对芯片热传递的影响规律。结果表明:随着界面层裂面积的增加,LED芯片结温以14℃/mm~2以上的速率增大,层裂面积达到36%时,芯片最高温度为68.68℃,相比无层裂时升高了9.8%;并且界面层裂处于DA层的下界面比上界面对芯片温度分布影响更大;此外,针对同一界面的层裂缺陷,相对于边缘位置和中心位置,封装边角位置的层裂对整体LED封装热传输能力的阻碍作用更明显。     

功率LED柔性封装结构的设计与热特性分析

根据功率LED的柔性封装要求,提出了基于贴片式(SMD)封装的功率型LED柔性封装结构。对各层结构进行了优化设计,采用有限元分析(FEA),模拟了柔性封装结构LED的热场分布。对比研究了柔性LED与传统封装结构LED的热特性,并对弯曲状态下柔性衬底材料对芯片的应力进行了分析。结果表明,采用金属Cu箔衬底的柔性封装结构,其散热特性较好;Cu/超薄玻璃复合衬底替代Cu箔衬底,可以减少弯曲的应力,减少幅度达到2.5倍,散热特性基本相同。SMD柔性封装的LED不仅具有较好的热稳定性,且具有柔性可挠曲特性,其应用潜力很大。     

大功率白光LED的结温测量

大功率LED器件的结温是其热性能的重要指标之一,温度对LED的可靠性产生重要的影响。采用板上封装的方法,利用大功率芯片结合金属基板封装出了大功率白光LED样品,利用LED光强分布测试仪测试了器件的I—V曲线,用正向电压法测量了器件的温度敏感系数,进而通过测量与计算得到器件的结温和热阻。最后利用有限元对器件进行实体建模,获得了器件的温度场分布。测量结果表明：正向电压与结温有很好的线性关系,温度敏感系数为2mV·℃^-1,LED的结温为80℃,热阻为13℃·W^-1。有限元模拟的结果与实测值具有良好的一致性。     

Spacing optimization of high power LED arrays for solid state lighting

This paper provides an analytical approach to determine the optimum pitch by utilizing a thermal resistance network, under the assumption of constant luminous efficiency. This work allows an LED array design which is mounted on a printed circuit board (PCB) attached with a heat sink subject to the natural convection cooling. Being validated by finite element (FE) models, the current approach can be shown as an effective method for the determination of optimal component spacing in an LED array assembly for SSL.     

两种高温老化方式对功率白光LED光热参数的影响

测试和比较了大功率白光LED在高温耐电(HTCD)和高温存储(HTS)两种老化条件的光热性能变化。结果表明,在HTCD老化下,光通量衰减达到40～60%;而HTS下的衰减只有10～14%。这说明,电流应力对LED的寿命影响比较大。利用热阻瞬态响应法测试和结构函数理论分析两种高温老化条件下LED的热特性,结果表明,在HTCD老化下LED热阻的变化较HTS更为明显,并且热阻变化大多体现在导热Ag胶层。这主要是由于高温条件下电流应力引起Ag颗粒的空间分布不均,使粘结界面产生空隙导致热阻发生不同程度的改变。     

烟囱效应在大功率LED灯具散热器设计中的影响分析

烟囱效应具有强化对流、增强换热的能力。本研究设计了一款基于烟囱效应的大功率LED灯具散热器,采用有限元分析法分析烟囱效应在散热器散热过程中的作用效果。分别探讨了烟囱的高度、烟道孔径以及烟囱个数对散热器散热性能的影响。研究表明,本研究中烟囱烟道孔径的最佳尺寸为6mm。烟囱的高度可依据散热器的高度设计取40 mm~50 mm。在设计条件允许的前提下,烟囱个数越多散热器散热效果越好。     

Spacing optimization of high power LED arrays for solid state lighting

This paper provides an analytical approach to determine the optimum pitch by utilizing a thermal resistance network,under the assumption of constant luminous efficiency.This work allows an LED array design which is mounted on a printed circuit board(PCB) attached with a heat sink subject to the natural convection cooling. Being validated by finite element(FE) models,the current approach can be shown as an effective method for the determination of optimal component spacing in an LED array assembly for SSL.     

大功率LED封装有限元热分析

介绍了有限元软件在大功率LED封装热分析中的应用,对一种多层陶瓷金属(MLCMP)封装结构的LED进行了热模拟分析,比较了不同热沉材料的散热性能,模拟了输入功率以及强制空气冷却条件对芯片温度的影响.结果表明当达到热稳态平衡时,芯片上的温度最高,透镜顶部表面的温度最低,当输入功率达到3 W时,芯片温度超过了150℃,强制空冷能显著改善器件的散热性能.     

基于热管散热的人功率LED热特性测量与分析

提出了一种新型结构的同路热管,建立了回路热管性能测试试验装置.在相同的测试条件下,研究了热负荷、倾角等对回路热管的起动特性和均温特性、热阻等传热性能的影响.试验结果表明,热管散热器的热阻在0.21 K/W～2.6 K/W之间,且整个散热器具有均匀的温度分布.与当前的LED散热器相比,这种结构的热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、加工方便、热阻小、重量轻、成本低等特点,可以满足大功率LED散热的要求.