1、緊湊型緊湊型LEDLED汽車前照燈汽車前照燈散熱散熱和配光設計和配光設計報告人：李海濤報告人：李海濤 摘要：摘要：功率相同時，功率相同時，LEDLED光源模塊的熱阻隨芯片數量的增加呈線性關系光源模塊的熱阻隨芯片數量的增加呈線性關系下降，芯片密度增加不會引起光子自吸收。使用一種特殊硅油封裝前照下降，芯片密度增加不會引起光子自吸收。使用一種特殊硅油封裝前照燈，采用燈，采用9 9芯片封裝的光源模塊作為前照燈光源，進行遠光燈的散熱和配芯片封裝的光源模塊作為前照燈光源，進行遠光燈的散熱和配光設計，結果表明液體封裝遠光燈光源散熱面積增加光設計，結果表明液體封裝遠光燈光源散熱面積增加1 1倍以上，前照燈長倍

2、以上，前照燈長43mm43mm，直徑，直徑40mm40mm，橢球型液體透鏡滿足，橢球型液體透鏡滿足GB25991-2010GB25991-2010遠光配光要求。遠光配光要求。231緒論緒論LED汽車前照燈散熱技術分析汽車前照燈散熱技術分析LED光源模塊結構優化光源模塊結構優化54液體封裝遠光燈散熱和光學設計液體封裝遠光燈散熱和光學設計總結總結1 緒論緒論u 汽車前照燈發展歷程汽車前照燈發展歷程u 汽車前照燈的光源性能汽車前照燈的光源性能u 國內外國內外LEDLED前照燈技術現狀前照燈技術現狀u LED LED前照燈現狀總結前照燈現狀總結煤油燈煤油燈乙炔燈乙炔燈1903冷光源冷光源白熾燈白熾燈1

3、925鹵素燈鹵素燈1959HID 1995LED燈燈 2007汽車前照燈發展歷程汽車前照燈發展歷程燃料光源燃料光源電光源電光源LED響應速快(LED1ms內、白熾燈200ms)、抗震、體積小、工作電壓低、電流小、綠色環保。汽車前照燈的光源性能汽車前照燈的光源性能2007年5月日本小糸和日亞化工研發的LED近光燈安裝在雷克薩斯LS600h上2008年奧迪R8安裝了Lumileds和Osram研發的全LED前照燈。2009年雷克薩斯RX450h、普銳斯、HS250h三款車安裝了LED前照燈。2011年奧迪R8安裝上Philips的LED光源作為前照燈。2012年奧迪A6、奔馳CLS350、寶馬6系

4、列開始使用LED前照燈。國外國外LEDLED前照燈技術現狀前照燈技術現狀吉林東光瑞寶車燈有限責任公司基于奔騰B50車型研制的LED前照燈國內國內LEDLED前照燈技術現狀前照燈技術現狀3個近光模塊 2個遠光燈模塊 工作溫度90 壽命10000h以上l LED汽車前照燈最先在近光燈上得到應用。l LED汽車前照燈市場占有率極低。l LED汽車前照燈技術水平低，散熱問題沒徹底克服造成。 國內外國內外LEDLED前照燈現狀總結前照燈現狀總結2 LED汽車前照燈散熱技術分析汽車前照燈散熱技術分析u 自然散熱自然散熱 散熱片材料散熱片材料 散熱片結構散熱片結構u 主動散熱主動散熱 風冷風冷 水冷水冷 導

5、體制冷導體制冷u 熱管散熱熱管散熱自然散熱自然散熱 工作液體要求粘度小、密度小工作液體要求粘度小、密度小 10個熱擴散板，每個上固定個熱擴散板，每個上固定3顆顆LED，2.7W/顆顆 第一個熱擴散板和最后一個熱擴第一個熱擴散板和最后一個熱擴散板的溫度還有不足散板的溫度還有不足5液冷液冷 25環境中，把環境中，把18W的的白光白光LED光源結溫降低光源結溫降低到到59.7。風冷及熱管散熱風冷及熱管散熱半導體散熱器是根據特殊半導體熱電效應制作的散熱器件，半導體散熱器是根據特殊半導體熱電效應制作的散熱器件，散熱器可以做成片狀。直流電經過散熱器可以做成片狀。直流電經過P型半導體時吸收熱量型半導體時吸收

6、熱量形成冷端，在形成冷端，在N型半導體上釋放能量形成熱端，冷端可以型半導體上釋放能量形成熱端，冷端可以安裝安裝LED光源。半導體散熱器可靠性高，體積小光源。半導體散熱器可靠性高，體積小。半導體散熱半導體散熱1 每個燈具由幾種散熱方式組合完成。2 這幾種散熱方式均從LED光源背光面，熱接觸面小。3 散熱不足加上想要的配光元件導致燈具體積龐大?？偨Y總結2 LEDLED光源結構設計光源結構設計u LED LED 結溫對光電性能的影響結溫對光電性能的影響u 芯片結構對光源性能的影響芯片結構對光源性能的影響u LEDLED光源熱阻計算及分析光源熱阻計算及分析uLEDLED光源光輻射試驗及分析光源光輻射試

7、驗及分析v 光通量與結溫光通量與結溫v 輻射波長與結溫輻射波長與結溫v 正向電壓與結溫正向電壓與結溫v 正數常量正數常量 ，v 負數常量負數常量21()21)=)ejjKTTVjVjF TF T（21()()djdjTTtK21()()FjFjdVTVTtKKKdKLED 結溫對光電性能的影響圖圖1 a.1 a.正裝芯片示意圖正裝芯片示意圖圖a為GaN襯底的LED芯片，芯片直接用導熱硅膠結合在小尺寸反光碗或載片臺上，光效受兩個因素制約： 1.PGaN導電效率低，在P電極和PGaN之間加NiAu合金電流擴散層，太薄會影響電流均勻度，但厚度增加吸收的光也會增加。 2.藍寶石導熱能力差40 /w m

8、 K芯片結構對光源性能的影響芯片結構對光源性能的影響 圖b也為GaN襯底的LED片，芯片直接貼裝到硅載體或PCB基板上，優點體現在： 1.用高反射率的金屬作接觸層提高了光的取出效率，采用0.12 um厚的Ag和Al對470520nm光的反射效率分別達96%和84%。 2.P-N結到硅底板的熱阻小。 圖圖1 1 b.b.倒裝芯片示意圖倒裝芯片示意圖芯片結構對光源性能的影響芯片結構對光源性能的影響LED光源熱阻計算及分析光源熱阻計算及分析 芯片與環境之間溫度差 (1) PN結到基板之間的熱阻 (2) (2) 式代入(1)式 (3) 光源的總熱阻 (4) 同一光源的芯片具有相同的幾何尺寸、相同的材料

9、、相同的熱光電性質，每個芯片的工作條件也相同，即每個芯片產生的熱量相同Ji XJi pcbpcb XTTTJipcbJipcbiTRP001)kJi XiJipcbniJipcbnTPRP RPRPR（0iJipcbJi XPRPRTRPP001)1Ji pcbJi pcbPRPRnRRRPn（LED光源熱阻計算及分析光源熱阻計算及分析001)1Ji pcbJi pcbPRPRnRRRPn（001)1JipcbJipcbPRPRnRRRPn（相同光源模塊材料、相同功率，光源模塊總相同光源模塊材料、相同功率，光源模塊總熱阻隨封裝芯片數量的增加呈線性關系下降。熱阻隨封裝芯片數量的增加呈線性關系下降

10、。光源模塊封裝結構受封裝技術制約，模塊的光源模塊封裝結構受封裝技術制約，模塊的芯片集成密度受引線及固晶技術限制，應在芯片集成密度受引線及固晶技術限制，應在現有技術能力下增加芯片集成密度?，F有技術能力下增加芯片集成密度。溫度：溫度：25光源模塊：光源模塊：結論：結論：LED器件之間無光子吸收現象器件之間無光子吸收現象LED光源光輻射試驗及分析光源光輻射試驗及分析1. 倒裝芯片優良的光電熱特性，適宜在大功率光源中采用。2. LED光源功率一定時，熱阻隨芯片數量增加 呈線性關系下降。3. 對芯片封裝的LED光源模塊，芯片之間無光子自吸收現象，光出射效率不會降低。4. 遠光燈或近光燈采用9顆1mm 1

11、mm，光通量1300lm。結論結論4 遠光燈配光和散熱設計光光 學學 熱熱 學學緊湊型緊湊型LED前照燈前照燈l 散熱結構合理l 散熱材料熱傳導、熱對流及熱輻射能力強l 與出光面接觸的散熱材料有良好光學特性l 與出光面接觸的散熱材料化學特性良好l 與出光面接觸的散熱材料不損傷光源表面4 遠光燈配光和散熱設計液體遠光燈散熱方案液體遠光燈散熱方案l LED光源模塊熱阻為12/Wl 銅棒長8mm，直徑10mm，熱阻為 1.28/Wl 外殼厚度很小，熱阻可以忽略不計l 液體通過熱傳導熱熱對流兩種散熱，溫度分布不均勻、形狀不規則，不能通過計算得到散熱性能數據，可以通過測量光源溫度得到其散熱效果。光通量隨結溫變化光通量隨結溫變化LED光源光源液體遠光燈散熱方案液體遠光燈散熱方案液體封裝液體封裝LED遠光燈遠光燈照度分布照度分布入射光通量：入射光通量： 1130.28lm光能利用效率：光能利用效率：86.94%液體遠光燈配光設計液體遠光燈配光設計液體封裝液體封裝LED遠光燈遠光燈仿真結果仿真結果（單位（單位lx）液體遠光燈配光設計液體遠光燈配光設計5 總總 結結l 前照燈適宜采用多芯片集成的前照燈適宜采用多芯片集成的LED光源模塊光源模塊l 全表面散熱方式提高光源模塊熱接觸面積全表