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。     

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。     

交流发光二极管热特性的模拟分析

由于交流发光二极管(AC-LED)在实际应用中无需交流/直流整流变压器,它的发展越来越被关注。随着器件功率的增大,芯片结温升高,对器件的光通量、光功率及寿命等产生负面影响,所以精确掌握AC-LED的温升规律就成为芯片设计的关键。运用FloEFD有限元软件进行模拟仿真1 W白光AC-LED分别在直流和交变功率驱动下的瞬态热特性,结果表明在加载交变信号情况下,器件结温会以直流信号的结温为中心周期振荡,振荡的频率与输入功率频率相同,但有明显的相位移动。同时,AC-LED在不同的输入功率和频率下的结温变化显示稳态时的平均结温和结温振荡幅度都随功率的增大而线性上升,但随着频率的增大而降低。     

大功率LED液冷热沉结构与换热效果研究EI北大核心CSCD

为了更好设计LED液冷换热热沉,提高大功率LED热沉的综合换热性能,模拟计算了三种结构热沉的LED芯片最高结温和器件热阻,运用场协同原理分析了不同LED热沉结构的换热原理,以及努塞尔数和摩擦因子随雷诺数的变化规律;并用强化传热因子来表述换热能力和流动阻力的综合换热效果。结果表明,运用30°角矩形翅片的LED结温和器件热阻最低,换热能力最好;菱形翅片次之,垂直平行翅片最差。30°角矩形翅片和菱形翅片由于倾斜角的存在,在增加换热能力的同时也增加了流动阻力;综合分析换热能力和流动阻力,菱形翅片的综合换热性能最好。     

电流拥挤效应与LED器件可靠性分析

对小功率GaN基白光LED的电流拥挤效应进行了研究,发现串联灯组(8只为一组)在经过22 V电压冲击后出现漏电失效现象。通过Pspice软件对串联LED灯组进行模拟,发现与其他样品相比,受损样品承受了更大的电压和功率;对器件加-2 V偏压,利用光发射(EMMI)显微镜对芯片表面不同量级漏电流进行定位分析比较,结果表明漏电流集中在p型扩展电极端点附近。分析认为,电压冲击的破坏路径穿过了LED的量子阱结构,而电流的不均匀分布造成了 p型扩展电极附近的电流拥挤,加剧了pn结的损伤程度,提高电流扩展的均匀性可以有效提高LED的可靠性。最后还对在正向电流-电压区域出现微分负阻特性的器件进行了失效分析。     

大功率半导体激光器阵列热串扰行为

以硬焊料传导制冷,30%填充因子半导体激光器阵列为例,建立了三维有限元模型,对阵列内部各发光单元之间的热串扰行为进行了分析研究。结果表明,当其连续波工作时间大于1.2 ms后,阵列内发光单元之间出现热串扰现象;当次热沉由CuW合金改为铜金刚石复合材料时,阵列内发光单元自热阻和相邻发光单元的串扰热阻降低,有效地降低了各发光单元之间的热串扰行为。保持阵列宽度、发光单元数目及发光单元周期不变,发现随阵列填充因子的增加,器件热阻以指数衰减趋势逐渐降低,而发光单元间的热串扰特性对此变化并不敏感;保持阵列单个发光单元输出功率,发光单元尺寸及阵列宽度不变,增加发光单元个数后,阵列内各发光单元之间热串扰加剧,填充因子越高阵列升温速率越快;但在最初约70 s内,包含不同数目发光单元的阵列最高温度差异仅约0.5 ℃,有利于多发光单元高填充因子器件高功率输出。     

大功率半导体激光器阵列热串扰行为

以硬焊料传导制冷,30%填充因子半导体激光器阵列为例,建立了三维有限元模型,对阵列内部各发光单元之间的热串扰行为进行了分析研究。结果表明,当其连续波工作时间大于1.2 ms后,阵列内发光单元之间出现热串扰现象;当次热沉由CuW合金改为铜金刚石复合材料时,阵列内发光单元自热阻和相邻发光单元的串扰热阻降低,有效地降低了各发光单元之间的热串扰行为。保持阵列宽度、发光单元数目及发光单元周期不变,发现随阵列填充因子的增加,器件热阻以指数衰减趋势逐渐降低,而发光单元间的热串扰特性对此变化并不敏感;保持阵列单个发光单元输出功率,发光单元尺寸及阵列宽度不变,增加发光单元个数后,阵列内各发光单元之间热串扰加剧,填充因子越高阵列升温速率越快;但在最初约70 s内,包含不同数目发光单元的阵列最高温度差异仅约0.5 ℃,有利于多发光单元高填充因子器件高功率输出。     

大功率LED照明器的热设计

采用等效电路的热阻法计算了大功率LED照明器的热阻,并估算了散热器的面积,然后利用Icepak软件进行建模分析。通过改变散热器翅片的高度、类型及散热器的面积,比较模拟软件计算后的温度分布与原始温度,分析得出翅片在增加高度时改变散热性能最为明显,为大功率LED照明器的热设计提供了参考。     

化学镀金在GaN基发光二极管电极制备上的应用

采用真空蒸镀与化学镀两种方法制备GaN基发光二极管（LED）金电极,分析比较了两种工艺所得芯片成本、外观色差、打线拉力。结果表明,化学镀金可选择性还原欲沉积的金属于电极上,较之蒸镀整面金属,可大幅度节省金属成本,且操作简单易行。化学镀金法所制得金属层,较蒸镀法所制得金属层表面粗糙,可有效减少电极间的色差,且能提高打线或焊线的附着力。     

多孔介质高温蓄热的热性能分析

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用中的重要组成部分。本文对基于多孔介质和熔融盐流体的高温蓄热过程进行了计算分析,对蓄热时间、流体进口温度、进口速度对斜温层温度分布的影响进行了分析。结果表明进口温度对斜温层厚度的影响较小,进口速度的增加会导致斜温层厚度的增加。同时对流体和多孔介质的温度差进行了分析,得到了应用于局部热平衡和非热平衡的雷诺数判据。     

高功率固体激光近场强度功率谱密度特性分析

高功率固体激光驱动器的负载能力已经成为限制驱动器发展的瓶颈问题,负载能力研究的主要是激光束近场和光学元件的相互作用过程。采用功率谱密度(Power spectral density,PSD)方法分析了多程放大构型高功率固体激光驱动器实验输出近场强度的频谱在激光强度提升过程中的演变规律,分析了引起近场强度调制的主要因素。结果表明,高强度下,激光驱动器的输出近场存在明显的频谱特征,二维功率谱密度近似满足各向同性,近场调制主要源于小尺度自聚焦效应,PSD曲线显示获得增长的频率主要是各级空间滤波器截止频率所限定的频段。     

Dynamics Analysis of a Wireless Rechargeable Sensor Network for Virus Mutation Spreading

Virus spreading problems in wireless rechargeable sensor networks (WSNs) are becoming a hot topic, and the problem has been studied and discussed in recent years. Many epidemic spreading models have been introduced for revealing how a virus spreads and how a virus is suppressed. However, most of them assumed the sensors are not rechargeable sensors. In addition, most of existing works do not consider virus mutation problems. This paper proposes a novel epidemic model, including susceptible, infected, variant, low-energy and dead states, which considers the rechargeable sensors and the virus mutation factor. The stability of the proposed model is first analyzed by adopting the characteristic equation and constructing Lyapunov functions methods. Then, an optimal control problem is formulated to control the virus spread and decrease the cost of the networks by applying Pontryagin’s maximum principle. Finally, all of the theoretical results are confirmed by numerical simulation.     

高功率激光参量诊断技术研究

研究了如何准确测量惯性约束聚变实验中的激光能量和脉冲时间波形．从主光路上引出一束光，经衰减器后送入能量计，能量计放大器输出的模拟信号经归一化处理、A／D转换后输入8098单片机．数据采集完成后，再通过光耦合通信网和接口电路传输到中央控制室．通过超高速光电探测器把另一束激光转换为电脉冲信号，输入示波器，再经过GPIB总线接口和GPIB—LAN适配器AD007，使用虚拟仪器（VISA）语言经千兆以太网传输到中央控制室．对脉冲波形数据用小波滤波和自适应算法提取出脉冲时间波形参量．     

高能固态激光阵列光束合成技术浅析

建立了高能固态激光阵列合成的模型,对相干合成型和非相干合成型的高能固态激光系统进行了分析和比较.引入光束传输因子(BPF)作为评价合成光束的光束质量,对湍流大气对板条激光器和光纤激光器相干合成与非相干合成远场光束质量的影响进行了定量分析.计算模型和结果为工程实际中合成方案的选择和评估提供了参考.     

EAST托卡马克装置外冷屏的热负荷分析

外真空杜瓦冷屏 (简称外冷屏 )是 EAST超导托卡马克核聚变装置的重要部件之一 ,它在处于室温下的外真空杜瓦与运行在 4 .5 K温度下的超导线圈之间形成了一道隔热的屏障 ,以保证装置能够稳定高效的运行。文中运用有限元分析软件 ANSYS对外冷屏封头、中筒、底座的传热情况做了计算与分析 ,以得到在氦气入口处压强为 5 .2 bar,温度为 80 K的情况下 ,外冷屏低温面板的详细设计方案     

基于光束干涉的高功率激光鬼像分析

在原有鬼像焦斑空间分布研究的基础上,进一步考虑入射激光脉冲与透镜的鬼像之间发生的干涉叠加现象.参考神光Ⅱ系统,分别推导并计算了3～10 ns的入射脉冲引起最小像差型双凸透镜产生鬼像干涉的最大焦距范围,然后以单位矩形脉冲平面波作为入射光,讨论存在干涉的几种情况.结果表明,由于干涉叠加效应,鬼像焦平面存在较大的调制,焦平面...     

Development of Transmission Optics for High-Power TEA CO2 Lasers and Methods of Increasing Laser-Radiation Resistance of Materials for High-Power IR Optics

The results of analytical and experimental investigations aimed at increasing laser-radiation resistance of materials for IR optics and developing high-power optics for microsecond TEA CO₂ lasers with energy per pulse up to 12–25 kJ and gas-dynamic CO₂ lasers with energy per pulse up to 130 kJ are presented. It is demonstrated that the integrated approach that combines the improvement of already existing technological methods and the development of novel technological methods for refining the parameters of materials for transmission IR optics (including techniques of growth of single crystals, strain hardening, and laser, ionic, and chemical treatment), the design and optimization of optical units (including the development of segmented transmission optics, the improvement of optical schemes for spatial formation of laser beams, the use of fast-response physical effects to screen optical elements from high-power fluxes of laser radiation) is necessary to solve this problem.