大功率led典型热沉结构散热性能分析new

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1、《半导体光电》２０１０年１０月第３１卷第５期李勇等：大功率ＬＥＤ典型热沉结构散热性能分析材料、结构及工艺大功率ＬＥＤ典型热沉结构散热性能分析李勇，李鹏芳，曾志新（华南理工大学机械与汽车工程学院，广州５１０６４０）摘要：设计了三种大功率ＬＥＤ照明装置，并对其二次热沉散热进行了散热原理比较、实验性能分析，建立了热阻网络模型，对其进行了结温计算和寿命预测，发现微热管、薄肋片、风扇可以很好地实现散热。利用正交试验法对ＬＥＤ照明装置结温的影响因素进行了模拟分析，发现自然对流条件下，对流换热系数的影响可

2、忽略不计，而需尽量提高导热环节的热导率并结合其散热能力进行功率的控制。为微热管散热技术提供了技术参考，为大功率ＬＥＤ器件的二次热沉散热提供了有效的实现途径。关键词：大功率ＬＥＤ；二次热沉散热；照明装置；微热管中图分类号：ＴＮ３１２．８文献标识码：Ａ文章编号：１００１－５８６８（２０１０）０５－０７２３－０６ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｅａｔＤｉｓｓｉｐａｔｉｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒＴｙｐｉｃａｌＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬＥＤＳｅｃｏｎｄｌｙ－ｈｅａｔＳｉｎｋｓＬＩＹｏｎｇ，ＬＩＰｅｎｇｆａｎｇ，ＺＥＮＧＺｈｉｘｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉ

3、ｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｒｅｅｈｉｇｈｐｏｗｅｒＬＥＤｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｏｒｓｅｃｏｎｄｌｙ－ｈｅａｔｓｉｎｋｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅＬＥＤｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒｓ．Ｔｈｅｒｍａｌｎｅｔｗｏｒｋ，ｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｌｉｆｅｔ

4、ｉｍｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｍｉｃｒｏｈｅａｔｐｉｐｅｓ，ｆｉｌｍｆｉｎｓａｎｄｆａｎｓｃａｎｐｅｒｆｅｃｔｌｙｒｅａｌｉｚｅｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｏＬＥＤｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒｓｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｅｓｔｓ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｉｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｅａｔｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃａｎｂｅｉｇ

5、ｎｏｒｅｄ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐａｒｔｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆＬＥＤａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｏｔａｌｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔｃａｎｂｅａｇｏｏｄｓａｍｐｌｅｆｏｒｍｉｃｒｏｈｅａｔｐｉｐｅｓａｎｄａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｃｏｎｄｌｙ－ｈｅａｔｓｉｎｋｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒＬＥＤｄｅｖｉｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｏｗｅｒＬＥＤ；ｓｅｃｏｎｄｌｙ－ｈｅａｔｓｉｎｋｓｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ；ｉｌｌ

6、ｕｍｉｎａｔｏｒ；ｍｉｃｒｏｈｅａｔｐｉｐｅｓ２［２］０引言铝散热翅片一般仅能满足５０Ｗ／ｃｍ散热需求。如果热量不能及时有效地散发出去，将会使ＬＥＤ芯大功率ＬＥＤ照明属固态照明，具有寿命长、安片结温升高，从而导致输出光功率减小、芯片蜕化、全环保、高效节能、响应速度快等优点，但尚有一些波长“红移”、器件寿命缩短等不良后果。因此，如何技术急需解决，主要为：光提取效率低、发热量大、价解决散热问题成为ＬＥＤ推广应用的关键。格较高。目前ＬＥＤ的发光效率仅能达到１０％～ＬＥＤ器件的散热分为一次封装散热和二次热［１］２０％，８０％～９０％的能量转化成了热量，使得大功沉散热两部分，一次封装散热主要是通过改

7、善ＬＥＤ率ＬＥＤ的热流密度超过１５０Ｗ／ｃｍ２，而常规的铜／自身封装材料和结构进行散热，二次热沉散热主要收稿日期：２０１０－０１－１９．是通过设计开发外部的热沉结构对ＬＥＤ进行热控基金项目：国家自然科学基金项目（５０７０５０３１，５０９７５０９６）；广制。因此，要真正实现大功率ＬＥＤ的有效散热，需东省自然科学基金项目（８１５１０６４１０１００００５８）．·７２３·ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＶ