大功率LED路燈散熱研究.pdf

1、高功率、高熱流密度的LED路燈是白光LED在照明領域發(fā)展的必然趨勢，然而，散熱問題制約了大功率LED路燈的進一步推廣，影響大功率LED散熱的主要因素是芯片封裝結構和外部散熱器，因此，從芯片級和系統(tǒng)級分別入手研究大功率LED的散熱難題具有重要意義。
　　本文針對倒裝焊芯片展開等效熱路分析，確定襯底層是影響其散熱的關鍵因素。運用有限元軟件ANSYS對芯片進行傳熱模擬，分別驗證常用的三種襯底材料藍寶石、硅及碳化硅對芯片熱阻的影響，并模擬

2、藍寶石和碳化硅襯底的厚度變化對芯片熱阻的影響，結果顯示上述材料對應的芯片熱阻從高至低依次為：藍寶石、硅和碳化硅；藍寶石作為襯底時芯片熱阻隨襯底厚度近似線性變化，而碳化硅作為襯底時芯片熱阻隨襯底厚度近似呈拋物線變化。模擬結果從散熱的角度給出了芯片封裝最佳襯底材料及其厚度。
　　路燈系統(tǒng)的散熱分析首先簡化物理模型，展開熱阻研究建立數(shù)學模型，提出采用翅片散熱器與平板微熱管陣列組合來設計新型散熱器，設計實驗測試微熱管的傳熱特性，并推導出新

3、型散熱器的總熱阻表達式，進行散熱器的參數(shù)設計，給出芯片結溫的計算方法。
　　對新型散熱器進行優(yōu)化設計，首先選取影響系統(tǒng)散熱的最主要因素為待優(yōu)化變量，以芯片結溫和散熱器重量作為優(yōu)化目標，應用遺傳算法展開優(yōu)化，得到4組pareto最優(yōu)參數(shù)。在計算流體力學軟件ANSYS Icepak中模擬檢驗優(yōu)化后的散熱器的換熱能力，并考慮改變肋片局部形貌對強化散熱的貢獻，模擬證實新型散熱器可以保證路燈工作溫度低于70℃，同時改變肋片局部形貌可以提高肋