LED芯片对散热性能的影响

来源:中山LED网 作者:--- 时间:2011-08-07 00:00

led

核心提示: LED照明,由于节能显著,被认为是下一代照明技术。LED是冷光源,其光谱中不包含红外部分,而目前LED发光效率仅达到20%,也就是说有80%以

 LED照明,由于节能显著,被认为是下一代照明技术。LED冷光源,其光谱中不包含红外部分,而目前LED发光效率仅达到20%,也就是说有80%以上的电能转换成热能。如果热量不能有效散出,芯片的温度上升,会导致光效下降,光衰加剧,严重时烧毁芯片,LED芯片散热是当前LED照明发展中的一大未解决的问题。

  LED芯片的散热过程并不复杂,只是一系列导热过程再加对流换热过程,温度范围不高,属于常温传热,其内的导热过程,完全可以运用计算机专用软件求解三维导热微分方程,计算分析出LED芯片中、散热片内的导热过程,以及散热片外表的对流换热,分析出整个传热过程中主要的热阻在何处,什么原因造成的,可以得到一非常清晰的解,使人们有的放矢。

  但当前LED散热以及同类的半导体芯片散热,都缺少这一基础性和指导性的研究,即使有人做了,但不为众人所知。由此造成当今LED散热技术就像春秋战国时代样,出现采用热管,甚至提出采用回路热管。本文仅从LED芯片分布不同,来研究分析其对散热的影响,将对LED芯片中的设计和制造起着指导性意义。

  1、计算模拟的模型

LED芯片

图1

  如图1所示,铝制散热片的一侧面设有9颗1×1MM,1W的芯片,还有0.1MM厚导热系数取4W/(M·K)的绝缘导热层,肋片的总面积为 M2,空气对流换热系数为 =6 W/(M2·K),铝的导热系数取202 W/(M ·K)。为简化计算,不考虑肋片内的导热问题,由肋片散热面简化折算成65×65MM,对流换热系数为 85 W/(M2·K)的对流换热面。也就是求解一侧面为对流换热面( =85W/(M2·K)),另一侧为9颗芯片(1×1MM,1W)的铝块(65×65×3MM)在芯片间距不同时其内部的温度场。

    求解方程:

  即为三维稳态导热微分方程,通常称为拉普拉斯方程式。利用专用的计算软件求解。

  2、计算结果

  图2为:不同芯片间距,LED芯片所处的散热片金属表面,过中心点的温度分布。

LED

  芯片间距L取1MM、2.5MM、5MM、7.5MM、10MM、15MM、20MM、25MM、30MM。

  当L=1MM时,即9颗LED芯片集中在一起,之间没间隙。

  表1列不同芯片间距,LED芯片所处散热片金属表面中心点(也即温度最高点)的温度值及其差别。以上计算中环境温度取40℃(313K)。

LED

 

  3、分析

  从图2和表1中可清楚地看:当把9颗LED芯片集中在一起(芯片间距L=1MM)时,中心点(芯片所处的温度最高点)温度最高,也就是散热效果最差。当芯片间距增加1.5MM(L=2.5MM)时,最高点温度就下降3.1℃,芯片间距增加4MM(L=5MM)时,最高点温度下降4.8℃。当芯片间距为L=7.5MM时,最高点温度下降5.6℃。当芯片间距L=10MM时,温度下降6.1℃。当芯片间距L=20MM时,温度下降7.2℃。在间距L=10MM内温度降低显著。

  4、结果

  (1)LED芯片分布对散热有很大影响,应该将LED芯片分散开。

  (2)对于1×1MM,1W的LED芯片,芯片间距取5~10MM为佳。

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