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LED芯片分布对散热性能的影响研究

2012年10月22日 16:19 次阅读

 

  本文针对65&TImes;65mm一面设有九颗1&TImes;1mm、1W的LED芯片,另一面为肋片的铝制散热片,利用数值法求解三维稳态导热微分方程,利用计算机专用软件计算得到不同LED芯片分布时,散热片芯片表面的温度分布,根据其温度场来分析LED芯片分布对其散热的影响。结果是:九颗芯片集中在一起散热效果最差,芯片之间的距离应达到5mm以上,其芯片温度可降低近5℃以上。

  LED照明,由于节能显著,被认为是下一代照明技术。LED是冷光源,其光谱中不包含红外部分,而目前LED发光效率仅达到20%,也就是说有80%以上的电能转换成热能。如果热量不能有效散出,芯片的温度上升,会导致光效下降,光衰加剧,严重时烧毁芯片,LED芯片散热是当前LED照明发展中的一大未解决的问题。

  LED芯片的散热过程并不复杂,只是一系列导热过程再加对流换热过程,温度范围不高,属于常温传热,其内的导热过程,完全可以运用计算机专用软件求解三维导热微分方程,计算分析出LED芯片中、散热片内的导热过程,以及散热片外表的对流换热,分析出整个传热过程中主要的热阻在何处,什么原因造成的,可以得到一非常清晰的解,使人们有的放矢。

  但当前LED散热以及同类的半导体芯片散热,都缺少这一基础性和指导性的研究,即使有人做了,但不为众人所知。由此造成当今LED散热技术就像春秋战国时代样,出现采用热管,甚至提出采用回路热管。本文仅从LED芯片分布不同,来研究分析其对散热的影响,将对LED芯片中的设计和制造起着指导性意义。

  1、计算模拟的模型

LED芯片

图1

  如图1所示,铝制散热片的一侧面设有9颗1&TImes;1mm,1w的芯片,还有0.1mm厚导热系数取4w/(m·k)的绝缘导热层,肋片的总面积为 m2,空气对流换热系数为 =6 w/(m2·k),铝的导热系数取202 w/(m ·k)。为简化计算,不考虑肋片内的导热问题,由肋片散热面简化折算成65&TImes;65mm,对流换热系数为 85 w/(m2·k)的对流换热面。也就是求解一侧面为对流换热面( =85w/(m2·k)),另一侧为9颗芯片(1×1mm,1w)的铝块(65×65×3mm)在芯片间距不同时其内部的温度场。


#p结果#e#

 求解方程:

  即为三维稳态导热微分方程,通常称为拉普拉斯方程式。利用专用的计算软件求解。

  2、计算结果

  图2为:不同芯片间距,LED芯片所处的散热片金属表面,过中心点的温度分布。

LED

  芯片间距L取1mm、2.5mm、5mm、7.5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm。

  当L=1mm时,即9颗LED芯片集中在一起,之间没间隙。

  表1列不同芯片间距,LED芯片所处散热片金属表面中心点(也即温度最高点)的温度值及其差别。以上计算中环境温度取40℃(313K)。

LED
 

 

  3、分析

 

 

  从图2和表1中可清楚地看:当把9颗LED芯片集中在一起(芯片间距L=1mm)时,中心点(芯片所处的温度最高点)温度最高,也就是散热效果最差。当芯片间距增加1.5mm(L=2.5mm)时,最高点温度就下降3.1℃,芯片间距增加4mm(L=5mm)时,最高点温度下降4.8℃。当芯片间距为L=7.5mm时,最高点温度下降5.6℃。当芯片间距L=10mm时,温度下降6.1℃。当芯片间距L=20mm时,温度下降7.2℃。在间距L=10mm内温度降低显著。

  4、结果

  (1)LED芯片分布对散热有很大影响,应该将LED芯片分散开。

  (2)对于1×1mm,1w的LED芯片,芯片间距取5~10mm为佳。


 

 

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数据报告:2018年led灯饰市场的前景仍然乐观

香港贸发局在香港国际秋季灯饰展2017以及香港国际户外及科技照明博览2017举行期间进行问卷调查,结...

发表于 2017-12-04 13:35 2569次阅读
数据报告:2018年led灯饰市场的前景仍然乐观

LED照明设计的散热问题与热模拟解析

近年来,LED照明市场呈现爆炸性增长,这是由于受到多个因素的驱动,其中绿色立法和环境问题是最重要的因...

发表于 2017-12-04 09:32 2248次阅读
LED照明设计的散热问题与热模拟解析

关于室外区域LED照明设计的7个问答

依靠卓越的照明设计来提高安全性和效率的户外区域,常见的几个例子是街道、车道、停车场和步行区。在室外照...

发表于 2017-11-29 09:19 3494次阅读
关于室外区域LED照明设计的7个问答

欧司朗全球最现代化LED芯片厂如期运营,扩大LE...

欧司朗光电半导体事业部首席执行官 Aldo Kamper强调,居林工厂拥有非常可观的生产力,“居林工...

发表于 2017-11-24 14:36 324次阅读
欧司朗全球最现代化LED芯片厂如期运营,扩大LE...

LED照明DMX512调光方式解析

LED的发光原理同传统照明不同,是靠P-N结发光,同功率的LED光源,因其采用的芯片不同,电流电压参...

发表于 2017-11-11 17:11 478次阅读
LED照明DMX512调光方式解析

AI芯片需求暴涨,未来10年我国将成为科技龙头

截至上周五收盘,3D传感指数大涨2.14%,在概念指数中排位第一;芯片国产化、3D打印、传感器指数涨...

发表于 2017-11-06 15:45 385次阅读
AI芯片需求暴涨,未来10年我国将成为科技龙头

欧司朗推出新款 OSCONIQ® P 高功率和超...

欧司朗光电半导体的新款高功率和超高功率 LED 为高端和具有成本效益的室外照明提供了各种机遇。OSC...

发表于 2017-11-03 09:53 7397次阅读
欧司朗推出新款 OSCONIQ® P 高功率和超...

欧司朗推出世界首款混合型 LED Eviyos,...

欧司朗光电半导体开发的 Eviyos 原型是世界首款混合型 LED,这意味着离首款面向市场的智能化可...

发表于 2017-10-27 06:19 5118次阅读
欧司朗推出世界首款混合型 LED Eviyos,...

LED芯片需求爆炸,扩产计划刻不容缓

根据LEDinside统计,生产LED芯片的MOCVD设备,2017年全球新增安装数量将达401台(...

发表于 2017-10-25 13:36 410次阅读
LED芯片需求爆炸,扩产计划刻不容缓

LED照明系统的评估标准和过程

LED 应用于照明已有十多年了,如何评估 LED 照明产品的可靠性至今仍然是一个持续争论的话题。本文...

发表于 2017-10-24 09:51 2770次阅读
LED照明系统的评估标准和过程

关于2017年的LED照明模组技术、产业及市场趋...

LED照明模组市场的复合年增长率在2017~2022年间将达到22.6%。中等功率LED几乎可以用于...

发表于 2017-10-12 17:58 3922次阅读
关于2017年的LED照明模组技术、产业及市场趋...

安森美半导体先进节能的汽车LED照明方案

汽车LED照明不仅可打造时尚的车辆外观和个性化的氛围,在燃油经济性及主动安全等方面也发挥重要的作用。...

发表于 2017-10-01 06:23 3212次阅读
安森美半导体先进节能的汽车LED照明方案

TE推出LUMAWISE调光光控组件,实现新一代...

TE Connectivity (TE)推出符合ANSI 136.41规定的76 mm和81 mm直...

发表于 2017-09-26 19:29 3607次阅读
TE推出LUMAWISE调光光控组件,实现新一代...

欧司朗针对工业照明,接到照明,商铺照明推出的LE...

对于替换型照明而言,选择拥有多年经验且实力雄厚的合作伙伴制造的 LED 元件,能够为项目的完成助一臂...

发表于 2017-09-19 14:10 3380次阅读
欧司朗针对工业照明,接到照明,商铺照明推出的LE...

植物照明用 LED 元件帮助您实现系统种植

OSLON® 系列搭载尖端技术,只要从中选择植物照明用 LED 元件,便可开拓无限可能,为未来的食物...

发表于 2017-09-13 17:35 4421次阅读
植物照明用 LED 元件帮助您实现系统种植

通过红外Oslon LED实现与周围的照明设备进...

澳大利亚Organic Response公司对大型照明设备采用了特殊的控制方式,每个灯具都能与紧邻的...

发表于 2017-09-13 10:44 3204次阅读
通过红外Oslon LED实现与周围的照明设备进...

欧司朗照明模拟自然日光,提高人体机能

以人为本的照明是指创造模拟提高人体机能的自然日光的照明艺术,它能提高人体机能、舒适度、健康和幸福。

发表于 2017-09-13 10:34 3026次阅读
欧司朗照明模拟自然日光,提高人体机能

植物照明LED灯,根据作物的具体需求调整配光

欧司朗光电半导体提供各类植物照明 LED 产品组合,包括 450 nm(深蓝光)、660 nm(超红...

发表于 2017-09-13 10:04 2840次阅读
植物照明LED灯,根据作物的具体需求调整配光

飞利浦照明香港公布新任集团总经理麦启明先生 带领...

香港, 2017年6月26日 - (亚太商讯) - 飞利浦照明香港有限公司已委任麦启明先生为集团总经...

发表于 2017-06-26 18:17 307次阅读
飞利浦照明香港公布新任集团总经理麦启明先生 带领...

中国内地LED业务沦为“负担”?三星拟出售谋新发...

6月19日,据《韩国先驱报》透露,三星电子正在考虑把中国内地LED业务部门——天津三星LED有限公司...

发表于 2017-06-20 15:57 480次阅读
中国内地LED业务沦为“负担”?三星拟出售谋新发...

870亿!2017年中国LED封装市场规模将同比...

根据高工产研LED研究所(GGII)统计,2016年中国LED封装市场规模从2015年644亿人民币...

发表于 2017-05-23 18:19 1560次阅读
870亿!2017年中国LED封装市场规模将同比...

三安赚钱的奥秘是什么?

三安的净利润得益于MOCVD设备补贴是众所周知的事实,然而如果局囿于三安依赖补贴的刻板印象,却可能离...

发表于 2017-05-09 10:42 694次阅读
三安赚钱的奥秘是什么?

科技成果对接会效果明显,校企合作示范带动

2017年4月13日上午,由厦门市科技局主办,市经信局、市火炬管委会协办,福建省节能照明产品出口基地...

发表于 2017-04-27 17:09 456次阅读
科技成果对接会效果明显,校企合作示范带动

2017海西LED产业技术创新论坛--智慧照明和...

2017年4月12日,由厦门市科技局主办,厦门市经信局、市质监局、市火炬管委会协办,福建省节能照明产...

发表于 2017-04-27 15:55 467次阅读
2017海西LED产业技术创新论坛--智慧照明和...

飞乐三安高速增长 2016LED照明产业趋势分析

据CSA的最新统计显示,2016年,我国半导体整体产值达到5216亿元,同比增长22.8%;上游外延...

发表于 2017-04-27 10:30 720次阅读
飞乐三安高速增长 2016LED照明产业趋势分析

汽车 LED 虽然不简单,但优势还是很明显的

我已有将近 30 年的驾龄,在这期间共拥有过八款不同的汽车,车型年份是:78、86、89、92、20...

发表于 2017-04-27 09:13 388次阅读
汽车 LED 虽然不简单,但优势还是很明显的

照明携手智慧,共建智慧城市

爱默生说:“智慧的可靠标志就是能够在平凡中发现奇迹。”在LED光源、驱动电源、灯具配光、智能控制系统...

发表于 2017-04-27 08:56 469次阅读
照明携手智慧,共建智慧城市