關(guān)于高功率LED封裝的高效散熱技術(shù)

1、關(guān)于高功率LED封裝的高效散熱技術(shù)來源:高功率高亮度發(fā)光二極體(LED以其出色的色彩飽和度和使用壽命長的特點正滲透到一些照明應(yīng)用中。然而,對熱設(shè)計師來說,防止LED過熱是最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此,通過計算流體動力(CFD模擬LED組件在應(yīng)用設(shè)計過程中變得越來越重要。本文分別比較了有散熱器和無散熱器時在星型金屬芯印刷電路板(MCPCB上使用高功率LED封裝的實驗結(jié)果。比較討論之后,就帶散熱器時LED封裝的散熱建模技術(shù)案例做了闡述。CFD建模結(jié)果充滿了希望,并說明這種技術(shù)可用于LED系統(tǒng)級的評估。本文還討論了在LED封裝中使用散熱介面材料的影響。 本文介紹了生成帶有散熱器的高功率LED星型封裝所需完

2、成的工序。首先,生成詳細(xì)的LED 封裝星型襯底模型,然后在LED星型封裝底部生成散熱器。最后,將模擬數(shù)據(jù)同實驗數(shù)據(jù)相比較。另外我們所關(guān)注的方面是LED封裝上散熱介面材(TIM產(chǎn)生的影響。目的是顯示不同焊線厚度(BLT下TIM的特點和陷入TIM內(nèi)的空隙的百分比。熱建模技術(shù) 網(wǎng)格,邊界條件 帶有詳細(xì)散熱器模型的LED封裝襯底的總網(wǎng)格單元大約為200000。對于網(wǎng)格單元的生成,建議散熱器翅片間至少采用三個單元。熱阻計算計算熱阻值,需測量垂直通過芯片,芯片連接層,管芯焊盤,散熱介面材,散熱器和電介質(zhì)層直到襯底的熱流情況。每一層都具有自己的熱特性(見表1。通過使用下列方程,可計算得到從芯片(交界處到四周

3、的熱阻值。 RJA代表熱量如何從LED芯片向四周消退,這意味著較低的RJA值意味著更好的熱性能。圖2所示的是三維和二維截面封裝結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬vs 實際試驗LED封裝安裝在星型MCPCB上。散熱器是典型的翅片式,共有110個翅片,其底座是由擠壓鋁制成,采用熱粘合帶將其連接到星型MCPCB背面。該封裝以1.2瓦功率驅(qū)動,通過封裝金屬芯上的熱電偶來測量焊接點溫度(Tmetalslug。只有在溫度達(dá)到飽和后才能進(jìn)行測量。 TIM的影響熱量從LED封裝擴(kuò)散到電路板或散熱器過程中TIM發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。圖2中,TIM1位于LED封裝和襯底間。使用不同的熱導(dǎo)率值和不同的焊線厚度進(jìn)行仿真模擬。 兩不一致的固體

4、表面間的空隙會減少熱傳導(dǎo),而TIMs符合相鄰固體表面的微觀表面輪廓,并增加LED金屬片(熱源與金屬芯PCB/FR4 PCB(散熱器間的接觸面積。因此,它能夠減少接觸面積的溫降。熱設(shè)計考慮除利用TIMs提高熱性能以外,以下是其它熱設(shè)計方面的改進(jìn):散熱器的幾何形狀和表面構(gòu)造,以及它的方向位置;系統(tǒng)采用封閉式空氣流動路徑設(shè)計,促進(jìn)自然對流冷卻;使用能動式制冷系統(tǒng),如風(fēng)扇和熱管,消除熱空氣,增加自然對流冷卻。本文闡述如何將CFD建模技術(shù)用于模擬帶有散熱器的LED星型封裝。結(jié)果表明,該仿真模型為實際測量提供了可喜的成果。CFD是一個很好的工具,它協(xié)助設(shè)計工程師將功率式LED 用于實際應(yīng)用,工業(yè)應(yīng)用中其誤差率也是可接受的。隨著焊線厚度增加,與TIM