大功率LED多芯片模块水冷散热设计

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1、电子工艺技术2010年9月ElectronicsProcessTechnology253大功率LED多芯片模块水冷散热设计杨传超，王春青，杭春进（哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：针对车用大功率LED照明灯，提出了水冷热沉散热设计。比较了水冷热沉内部串联方式、伪串联方式、并联方式和伪并联方式四种水道的对应LED结温与水泵功率。研究了采用并联方式时LED结温与各条分水道流速的相对标注偏差值（简称RSD值）之间的关系和降低RSD值的方法。计算了经优化设计后的水冷散热系统各个环节

2、的热阻，并与热管自然对流散热进行了比较。关键词：LED；热设计；水冷；RSD；热阻中图分类号：TN305文献标识码：A文章编号：1001-3474（2010）05-0253-05WaterCoolingDesignforHighPowerLEDMulti-ChipModuleYANGChuan-chao,WANGChun-qing,HANGChun-jin(SchoolofMaterialsScience&engineeringofHarbinInstituteofTechnology,Harbin150

3、001,China)Abstract:Forautomobilehigh-powerLEDlighting,9WLEDmulti-chipmoduleandwatercoolingheatsinkmodelsweredevelopedinIcepak.Serialchannel,pseudo-serialchannel,parallelchannelandpseudo-parallelchannelweretotallycompared.TherelationshipbetweenPNjunctionte

4、mperatureandtherelativestandarddeviation(RSD)ofspeedineachsub-channelhasbeeninvestigated.Thermalresistanceofeachpartofoptimizedwatercoolingsystemwascalculated,andcomparedwithheatpipenatureconventionheatdissipating.Keywords:LED;Thermaldesign;Watercooling;R

5、SD;ThermalresistanceDocumentCode:AArticleID:1001-3474(2010)05-0253-05LED（LightEmittingDiode）照明耗电量小、发出射的光子，出光效率降低；尤其对于目前所采用光效率高并且环保，还具有响应速度快、寿命长、的荧光粉加蓝光芯片的白光实现方案，过高的温度无辐射、体积小和安全等众多优点。基于目前的半会严重影响荧光粉的特性，最终导致波长漂移，颜[3～10]导体制造技术，LED输入功率中只有大约10%～20%色不纯等一系列问题。由此可

6、见，散热问题是大[1,2]的能量转化为光能，其它的则转化为热能。单片功率LED发展应用的瓶颈之一。功率一般为1W已经大规模生产，3W、5W甚至10LED灯具作为汽车照明光源，由于其长寿命，无W的芯片也相继面世，芯片尺寸一般为0.5mm×0.5延迟，抗震性好，被众多汽车制造商青睐。由于车mm～2.5mm×2.5mm，芯片的热流密度达到106W/用LED封闭在灯具外壳内，自然对流散热不能采用。2m以上，随着使用要求的提高，LED芯片的功率逐渐车用照明要求灯具及散热器体积紧凑，即使是强制增大，热问题更加显著。结

7、温升高，直接减少芯片风冷散热，对于9W的LED多芯片模块，体积也要200作者简介：杨传超（1986-），男，硕士，主要从事电子封装和微组装技术研究。电子工艺技术254ElectronicsProcessTechnology2010年9月第31卷第5期mm×200mm×100mm。而且，风冷设计需要有畅通整个热沉中仅有一条水路可以允许水冷液体通的空气流动通道，大大增加了散热的附加体积。考过，在入口流量一定的时候，串联方式水道内的液虑到众多汽车发动机采用水冷方式散热，一种针对体的流速将数倍于并联水道中的液体流

8、速，对流换车用LED的水冷设计被提出。水冷散热方式大大缩小热系数增大，从而增强散热效果。但是，由于流速与了热沉的尺寸，热沉尺寸仅仅为50mm×50mm×12对流换热系数并非线性关系，一味地增大速度并不能mm，约是强制风冷热沉体积的1/160，不需要附加空气达到最佳的散热效果。串联水道CFD模拟如图2所示。SpeedPressure流动通道，循环动力采用发动机水冷系统的支路即可。m/s2N/m0.5667071764.00对于大