基于熱管結構的多芯片大功率LED照明系統集成技術研究.pdf

1、LED作為一種新型高效固體光源,具有節(jié)能、環(huán)保和壽命長等特點,大幅降低了用電量,減少了有毒物質的產生。但是LED在工作時有10％~20%的功率轉化為光能,80%~90%的功率轉化為熱能,因此開發(fā)熱可靠性高、光學性能優(yōu)異的封裝結構對照明用LED的推廣應用至關重要。
　　本文針對制約照明用LED發(fā)展的散熱和光學設計這兩大關鍵問題,研究了基于熱管結構的大功率LED散熱問題;分析了LED照明系統的光照度和均勻性,并對其進行了改進和完善。<

2、br>　　首先,在對LED市場需求和產品應用進行深入調研的基礎上,介紹了當前國內外大功率LED制造所采用的工藝、材料、熱設計方法及光學設計方案等。在此基礎上,提出了本課題的研究內容和研究思路。
　　其次,針對多芯片大功率的LED發(fā)光器件提出了熱管加翅片散熱的熱設計方案,進行熱管材料、工質和結構參數的設計與選擇,核算熱管的毛細極限,確定熱管的導熱能力;基于熱管熱阻網絡圖,估算熱管的熱阻和熱傳導系數;在此基礎上,根據設計所要求的結溫,

3、估算翅片有效散熱面積,并應用熱阻網絡圖估算芯片結溫為62℃。
　　然后,采用專業(yè)熱分析軟件ICEPAK對基于熱管散熱的大功率LED照明系統進行了熱仿真分析。探討了熱分析與流體分析所需求解的微分方程和基于有限體積法求解的基本思想。簡要介紹了基于有限體積法的熱分析軟件ICEPAK,基于該軟件建立了基于熱管散熱的大功率LED照明系統的熱仿真模型,根據實際應用環(huán)境設置合理邊界條件并進行分析求解,結果顯示芯片的最高溫度為65℃。ICEPAK

4、軟件求解的結溫與基于熱阻網絡求解的結溫63℃相比,結果相差幅度為3%,同時也驗證了所采用熱管和翅片結構的合理性。此外,針對LED散熱系統中的翅片結構,系統分析了翅片厚度、高度和翅片間距及有效散熱面積對結溫的影響,同時考慮到LED成本最低和結構輕量化需求,選取翅片厚度為1mm,高度為25mm,翅片個數為13片為最優(yōu)的一組數據,此時芯片結溫最低為59℃,完全符合多芯片大功率LED實際應用要求。
　　最后,對大功率多芯片封裝LED照明系