大功率LED散热研究及散热器设计

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1、天津大学硕士学位论文大功率LED散热研究及散热器设计姓名：张雪粉申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：陈旭20070501摘要l大功率白光LED是一种新型半导体固体光源，具有安全可靠性强、耗电量少、发光效率高、适用性强、稳定性好、响应时间短、颜色可变化、有利于环保等优点。其性能正不断完善，已经进入实用阶段。但是，随着LED功率的增大，LED芯片散发的热量越来越多，LED的散热问题越来越突出。本文的目的是研究大功率白光LED的散热问题，并为其y二：-散热器。解决芯片功率不断增大带来的散热问题。本文为大功率白光

2、LED芯片及芯片组设计了多种型式的散热器，用CFD软件Fluent模拟计算了芯片及散热器的温度场分布，并通过试验对数值模拟的结果进行验证。分析了散热器结构、粘接材料、散热器材料、环境温度等因素对芯片结温及热阻的影响。结果表明，为单芯片LED设计的几种散热器，散热片的方向垂直于基板比散热片的方向平行于基板具有更好的散热效果，增加散热片数量，增大了散热面积，有利于降低芯片结温。为12芯片LED设计的Pb系列散热器，最适宜的热沉厚度和最适宜的肋片厚度分别为2mm和0．5ram，Cp系列散热器最适宜的内圆柱直径为7mm，Y

3、p系列散热器最适宜的内圆柱直径和最适宜的肋片问距分别为10mm和1．Smm。增加各种散热器的肋片数，增大Pb系列和Cp系列散热器的高度，增大Cp系列散热器的外圆柱直径，增大Yp系列散热器的肋片直径，都增大了散热器的面积，芯片结温和热阻显著降低。结果表明，使用相同的散热器，粘接材料的导热率越大，厚度越薄，芯片结温越低，热阻越小。粘接材料的导热率大于5w／(m·℃)时，增大其导热率对芯片结温和热阻影响不大。散热器材料导热率较小时，芯片结温及热阻随散热器材料导热率的增大而急剧减小，导热率增大到250W／(m·℃)时，随散

4、热器材料导热率的增大，芯片结温及热阻减小的幅度减缓。芯片结温随环境温度的升高线性升高，热阻不受环境温度的影响。关键词：发光二极管散热器CFD风冷1国家自然科学基金资助项目(50528506)和教育部优秀青年教师教学科研奖励计划资助ABSTRACT2High-powerwhiteLEDisanewsemiconductorsolidstatelightingwhichhasadvantagesinthefollowingaspects：hi曲reliability,lowcostofpower,hi曲efficien

5、cy，wideapplicability，quickresponse，changeablelightcolorandenvironmentfriendliness．However,asthepowerofLEDincreases，LEDgeneratesmoreheat，andcoolinggetsmoreimportant．Thepurposeofthispaperistostudythecoolingofhigh—powerLEDchipsandmodulesandtodesignandoptimizeheat

6、sinks．VariouskindsofheatsinksaredesignedforLEDchipsandanextensivenumericalinvestigationoftheheatsinkdesignperformanceisconductedandverifiedbyexperimentdata．Theeffectsofheatsinkstructure，adhesive，heatsinkmaterialsandenvironmenttemperatureareinvestigated．Concern

7、ingthesinglechipLED，theresultsshowthat，heatsinkswithverticalfinshavebetterperformancethantheonewithparallelfins．Heatsinkswithmorefinsleadtolowerjunctiontemperaturebecauseoflargersurface．Concerningthe12chipsmodule，theresultsshowthat,theoptimizedheatspreaderthic

8、knessandfinthicknessare2mrnandO．5mmrespectivelyforPbcategoryheatsinks．andthattheoptimizedinnercolumndiameteris7mmforCpcategoryheatsinks，andthattheoptimizedinnercolumndiameterandgap