gan基大功率led芯片散热研究与优化

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1、，．．啼心ｉ‘ｆ．．＾：．＞？，．？朵击种成＊爹－４？ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮｔ＞ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ专业学位硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳ．Ｉ．．．．．■论文题目ＧａＮ基大功率ＬＥＤ芯片散热研究与优化专业学位类别工程硕±—学号２０１３２２０３０１４０作者姓名张小六指导教师周伟副教授？‘■

2、？．－，１．Ｉ，．（’＇＇？＿；＂．；Ａ＾＞立：独倒性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加１＾标注和致谢的地，也不包含方外，论文中不链含其他人已经发表或撰写过的研究成果为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：年曰；、＇日期月皆Ｉ从《；＾Ｉ论文使用授权本学位论文化巧完全了解电子科技大学有关

3、保留、使用学位论文的规定，有权保留并向閨家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被巧阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分，可Ｗ采用影印、缩印或内容编入有关数据库进行检索■论文。扫描等复制手段保存、汇编学位密应遵此规定）（保密的学位论文在解后守者签师签名：Ａ名：导作吟期：年月曰曰／ｉ分类号密级注1UDC学位论文GaN基大功率LED芯片散热研究与优化（题名和副题名）张小六（作者姓名）指导教师周伟副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士

4、专业学位类别工程硕士工程领域名称集成电路工程提交论文日期2016.03论文答辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。STUDYANDOPTIMIZATIONOFHEATDISSIPATIONOFGaNBASEDHIGHPOWERLEDCHIPAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeri

5、ngAuthor:ZhangXiaoliuAdvisor:ZhouWeiSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要发光二极管（LightEmittingDiode，LED）是由化合物半导体制作而成的发光组件，经由电子空穴结合之后可将电能转换成光的形式激发释出。高性能固态照明节能的需求已导致LED产业的急剧升级，增加LED芯片的功率密度和电流已被用来降低成本。然而，这会导致由于LED内部的自加热（Self-Heating）而引起的LED性能的

6、退化。对大功率LED进行良好的热管理是其广泛应用的基础。本论文通过有限元软件COMSOL建立GaN大功率LED的三维热模型对其散热进行研究和优化。首先，本论文介绍了GaNLED的基本的结构和工作原理，以及热源产生的原因和对LED性能的一系列影响，热管理的研究现状。同时介绍了稳态导热的基本原理和热阻、接触热阻和扩散热阻的概念，以及芯片模块的热阻计算。在此基础上建立大功率LED的封装一维热阻模型。其次，本论文通过大功率LED的三维热模型详细分析了固晶胶对大功率LED散热的影响，以及在大功率白光LED的荧光粉层中荧光粉的浓

7、度对LED结温的影响。结果表明：LED的结温和结到板的热阻极大的受到固晶胶材料的热导率、固晶层的粘接面积和粘接厚度的影响。一个较好的固晶层设计例子是固晶胶的热导率为20W/mK，键合厚度为20μm，并且面积为1mm2。它在给定的环境温度下结温为337K。对荧光粉层温度的模拟分析表明，YAG荧光粉的浓度在70wt.%的基础上继续增大时，荧光粉的温度开始出现略微上升。增加散热翅片，可以使结温降低18K，当翅片高度小于20mm时，随着翅片高度增大，结温的降低是显著的；当翅片高度超过20mm以后，继续增大翅片高度对散热的影响

8、并不大。最后，本文从两个方面对大功率LED的散热进行优化。一方面使用变截面翅片使结温降低了22K。另一方面提出一种新的集成散热结构，采用金刚石和金属作为集成热扩散层。仿真表明，在金刚石和金属的厚度为4μm，耗散功率为0.8W的条件下，LED的结温分别降低了11K和4.9K。关键词：GaNLED,三维热模型，热阻，固晶胶IABSTRACTABST