1、LED散熱設計學習筆記（二）一、單芯片LED熱分析及散熱器設計各種散熱器模型      芯片產生的熱量，先傳導給金屬基板和散熱器，再通過對流向空氣散熱。另一部分則通過對流和熱輻射的形式，穿過封裝殼內部空間，達到外殼側壁和頂部的內表面，再通過導熱的形式傳遞到外表面。由于封裝材料導熱能力差，計算時這部分散熱可以忽略。故被封裝材料封裝住的芯片表面、粘接材料表面和基板的部分表面都定義為絕熱壁面，其余壁面定義為自然對流壁面。1、散熱器形式對芯片結溫及熱阻的影響    在HS2與HS1耗費材料差不多的情況下

2、，HS2的芯片結溫和熱阻要比HS1低。可見，散熱片與基板垂直具有更好的散熱效果。同時可以看出，HS2-HS5隨著散熱片數目的增多，芯片結溫及熱阻顯著降低。可見，增加散熱片數目，散熱面積增大，有利于芯片散熱。HS6散熱效果最差，而且耗費的材料最多，說明此種塊狀散熱器是不可取的。    另外，散熱面積較小時，隨著散熱面積的增大，芯片結溫及熱阻急劇降低。隨著散熱面積的增大，芯片結溫與熱阻隨之增大的幅度減緩。2、粘接材料導熱率對芯片結溫及熱阻的影響    隨著粘接材料導熱率的增大，芯片結溫及熱阻急劇降低。當粘接材料導熱率增

3、大到5W/ （m·C）時，芯片結溫及熱阻隨粘接材料導熱率增大有所減小，但減小的幅度非常緩慢。故應該選用導熱率較大的材料做粘接材料，但是若粘接材料的導熱率在5W/ （m·C）以上時，可以根據實際操作方便、經濟性選用粘接材料，不需考慮粘接材料導熱率的影響。3、散熱器材料對芯片結溫及熱阻的影響    隨著散熱器材料導熱率的增大，芯片結溫及熱阻顯著降低，當導熱率增大到200W/(m·C)時，降低減緩，再增大到400W/（m·C)時，減小的非常緩慢。可見，依靠增大材料導熱率改善散熱性能是有限的，當材料導熱率增大到一定值時，只

4、有改進散熱器結構才可以繼續改善散熱性能。結論：散熱片與基板垂直比散熱片與基板平行具有更好的散熱效果。散熱片都垂直十基板時，增加散熱片數量，可以增大散熱面積，芯片結溫和熱阻都有所降低。隨著粘接材料導熱率增大，芯片結溫降低，熱阻減小。當粘接材料導熱率增大到5W/ （m·C)時，再增大導熱率，芯片結溫和熱阻減小的幅度非常緩慢。隨著散熱器材料導熱率的增大，芯片結溫及熱阻顯著降低，當導熱率增大到200W/(m·C)時，降低的幅度減緩，再增大到400W/(m·C)時，減小的非常緩慢。二、大功率LED芯片組熱分析及散熱器設計1、大功率LED多芯片組的結構2、散熱器結構三、各種散

5、熱器模擬結果分析1、Pb系列散熱器模擬結果及分析：<一>、熱沉厚度對芯片結溫及熱阻的影響    在某一散熱器高度下，隨著熱沉厚度的增加芯片結溫和熱阻略有降低，散熱器重量明顯增加。可見，以增加散熱器熱沉厚度降低結溫和熱阻需要耗費更多材料，是不適宜的。<二>、肋片數對芯片結溫及熱阻的影響    在某一散熱器高度下，隨著肋片數的增加，芯片結溫及熱阻顯著降低，可見，增加肋片數可以增大散熱面積，有利于熱量的散發。降低的趨勢隨著散熱器高度的增大略有減緩。<三>、散熱器高度對芯片結溫及熱阻的影

6、響    在同一肋片數目下，隨著散熱器高度的增大，芯片結溫及熱阻顯著降低。可見，增加散熱器高度，可增大散熱面積有利于熱量的散發。隨肋片數目的增多結溫及熱阻隨散熱器高度增加而降低的幅度減緩。<四>、肋片厚度對芯片結溫及熱阻的影響    隨著肋片厚度的增加，芯片結溫及熱阻略有降低，散熱器重量增加很多。可見，通過增加肋片厚度降低結溫和熱阻，效果不明顯，而且耗費更多材料，是不適宜的。2、Cp系列散熱器模擬結果及分析：<一>、內圓柱直徑對芯片結溫及熱阻的影響   

7、0;在散熱器高度為30mm時，隨著內圓柱直徑的增加，芯片結溫和熱阻略有升高，散熱器重量也明顯增加。原因可能是內徑的增大減小了散熱面積，不利十熱量散發。在散熱器高度為40mm、50mm時，內徑為7mm時，芯片結溫和熱阻最低。原因可能是內徑太小，熱量不容易導向散熱片，內徑太大會減小散熱面積，不利十熱量散發。又由十此種型式的散熱器，應該采用鑄造的方法生產，內徑太小不利十鑄造出質量較優的產品。綜合考慮，最適肩的內圓柱直徑為7mm。<二>、外圓柱直徑對芯片結溫及熱阻的影響    在某一散熱器高度下隨著外圓柱直徑的增大，芯片結溫及熱阻顯著降低。可見，增大

8、外圓柱直徑，散熱面積顯著增大，有利于熱量的散發。<三>、散熱器高度對芯片結溫及熱阻的影響    在外徑一定時，隨著散熱器高度的增加，芯片結溫和熱阻顯著降低。可見，增大散熱器高度，增大了散熱面積有利十熱量的散發。<四>、翅片數對芯片結溫及熱阻的影響    在某一散熱器高度下，翅片數目越多，芯片結溫及熱阻越低。可見，增加翅片數目，可增大散熱面積，有利于熱量的散發。3、Yp系列散熱器模擬結果及分析<一>、內圓柱直徑對芯片結溫及熱阻的影響    隨

9、著內圓柱直徑的增大，芯片結溫及熱阻降低，當內圓柱直徑達到lOmm時，降低的幅度很緩慢。又可以看出，隨著內圓柱直徑的增大，散熱器的重量增大。故內圓柱直徑大于lOmm時，再增大內圓柱直徑，芯片結溫和熱阻隨之降低很少，但將耗費更多的材料。綜合散熱效果和經濟的因素，認為內圓柱直徑為1Omm較合適。<二>、肋片直徑對芯片結溫及熱阻的影響    肋片數目一定的情況下，增大肋片直徑芯片結溫及熱阻顯著降低。可見，增大肋片直徑，增大了散熱面積，有利于芯片熱量的散發。<三>、肋片數對芯片結溫及熱阻的影響    

10、肋片直徑為25mm時，隨肋片數目增多芯片結溫和熱阻顯著降低。肋片直徑為40mm時，隨肋片數目增多，芯片結溫和熱阻緩慢降低。肋片直徑為55mm時，隨肋片數目增多，芯片結溫和熱阻略有降低。可見，當肋片直徑較小時，通過增加肋片數目降低芯片結溫和熱阻是可行的。當肋片直徑較大時，通過增加肋片數目降低芯片結溫和熱阻是不可行的。<四>、肋片間距對芯片結溫及熱阻的影響    在肋片數目一定的情況下，隨著肋片間距的增大，芯片結溫和熱阻都略有升高，散熱器重量增大。故應該取較小的肋片間距。考慮到實際情況，肋片間距太小，會不利十空氣流通，不利十自然對流散熱，故取肋片

11、間距1.5mm比較合適。4、其它因素對芯片結溫及熱阻的影響。<一>、粘接材料厚度及導熱率對芯片結溫及熱阻的影響    隨著粘接材料導熱率的增大，芯片結溫及熱阻急劇降低。當粘接材料導熱率增大到5W/(m·C)時，芯片結溫及熱阻隨粘接材料導熱率增大有所減小，但減小的幅度較緩慢。同時可以看出，粘接材料厚度越大，芯片結溫及熱阻越大。<二>、環境溫度對芯片結溫及熱阻的影響    芯片結溫隨環境溫度的增加線性增大，熱阻不隨環境溫度的變化而變化。可見，LED適宜置于較低溫度下工作。<三&g

12、t;、散熱器材料對芯片結溫及熱阻的影響    散熱器材料1導熱率較小時，芯片結溫及熱阻隨散熱器導熱率的增大而急劇降低，當導熱率增大到250W/(m·C)時，芯片結溫及熱阻降低的幅度減緩。可見，通過提高散熱器材料的導熱率，降低芯片結溫和熱阻是有局限的。要想進一步降低結溫和熱阻，還需要改善散熱器結構。<四>、散熱面積對芯片結溫及熱阻的影響    當散熱面積較小時，隨著散熱面積的增大，芯片結溫和熱阻急劇降低。當散熱面積增大到0.012m2時，芯片結溫和熱阻隨散熱面積的增大而降低，但降低的幅度減緩。當

13、散熱面積繼續增大到0.024m2時，散熱面積再增大，芯片結溫和熱阻基本不隨著降低。同時可以看出，Pb系列和Cp系列的溫度一面積曲線、熱阻一面積曲線基本重合，說明這兩種結構型式在相同的散熱面積下，散熱效果基本相同。Yp系列的溫度一面積曲線和熱阻一面積曲線略高十Pb系列和Cp系列的溫度一面積曲線和熱阻一面積曲線，說明相同的散熱面積下，Pb系列和Cp系列的散熱效果略優十Yp系列的散熱效果。<五>、加載功率對芯片結溫及熱阻的影響    芯片結溫隨加載功率的增大而線性增大。加載功率很小時，熱阻隨功率的增大略有減小，功率再增大時，熱阻基本不隨加載功率變化。<六>、芯片間距對芯片結溫及熱阻的影響    芯片間距較小時，芯片結溫和熱阻隨芯片間距的增大急劇下降。芯片間距達到0.4mm時，芯片結溫隨芯片間距增大而降低的幅度減緩。綜合考慮，選取芯片間距為0.4mm比較合適。5、Py系列、pxx系列散熱器<一>、Py系列散熱器模型及模擬結果和分析    增加肋片數目可以顯著降低芯片結溫和熱阻，但芯片結溫仍然在100 C以上。故Py系列散熱器應用于實際還需要改進結構。<二>、PXX系列散熱器模型及模擬結果和分析&