大功率led模塊

大功率LED大規(guī)模應(yīng)用必須解決可靠性問(wèn)題，高溫是影響LED可靠性的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。評(píng)價(jià)LED熱可靠性的一個(gè)常用指標(biāo)是LED的結(jié)溫。但由于LED芯片封裝在內(nèi)部，利用傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法對(duì)結(jié)溫進(jìn)行直接測(cè)量是相當(dāng)困難的。隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需要，研究者們提出了幾種測(cè)量LED模塊結(jié)溫的方法[1~4]，如光譜法、電阻溫度系數(shù)法等，通過(guò)測(cè)量LED模塊發(fā)光波長(zhǎng)或LED模塊兩端的電壓來(lái)間接計(jì)算出LED模塊的結(jié)溫，測(cè)量步驟繁瑣，甚至需要較為精密和昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

與實(shí)驗(yàn)相比，數(shù)值模擬方法由于其良好的靈活性和便捷性，被廣泛用來(lái)分析LED模塊的溫度場(chǎng)。LED模塊使用的散熱翅片尺寸一般為分米量級(jí)，較小的翅片也有厘米量級(jí)。而LED模塊的尺寸則非常小，特別是LED芯片的尺寸更加微小，其厚度一般僅為幾十個(gè)微米。LED模塊與散熱器如此大的幾何尺寸差別給溫度場(chǎng)的模擬仿真造成了極大的困難:為了充分顯示LED模塊內(nèi)部的溫度場(chǎng)，必須采用較小的仿真單元尺寸，但這造成了單元數(shù)目的極大增加。即使在LED芯片與散熱翅片之間采用過(guò)渡單元，也很難將總的單元數(shù)目降低下來(lái)。對(duì)于一般的計(jì)算機(jī)配置，模擬仿真所采用單元總數(shù)過(guò)多會(huì)造成計(jì)算量迅速增加，明顯降低求解速度，甚至不可求解。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一般采用的方法有兩種:(1)忽略LED模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而將整個(gè)LED模塊簡(jiǎn)化為一個(gè)面熱源施加在散熱器對(duì)應(yīng)的位置，評(píng)價(jià)散熱器冷卻效果時(shí)較多采用這種方法[5];(2)如果要分析LED模塊內(nèi)的溫度場(chǎng)，在建立仿真模型時(shí)，可忽略散熱器，在LED模塊相應(yīng)位置施加等效對(duì)流換熱邊界條件，這種方法被較多研究者所采用[6~8]。上述兩種方法各有利弊:方法一模型簡(jiǎn)單，可以大致獲得LED模塊的平均溫度，但是由于沒(méi)有考慮LED模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，無(wú)法獲得內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布，也無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的結(jié)溫估計(jì);方法二可獲得LED模塊內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布，但邊界條件的確定較為困難，特別是難以得到準(zhǔn)確的等效換熱系數(shù)。

模擬結(jié)果同時(shí)還表明:

1)99.4%的熱流量通過(guò)LED模塊的熱沉傳導(dǎo)至翅片散熱器，減少該散熱通道上的熱阻，將明顯改善LED模塊的散熱效果，降低結(jié)溫;銀漿層占該散熱通道總導(dǎo)熱熱阻的很大一部分，降低銀漿層的熱阻是提高整個(gè)模塊散熱能力的關(guān)鍵;

2) LED模塊頂部為硅膠和PC透鏡層，側(cè)邊為模塑料，這幾部分散失的熱流量?jī)H為L(zhǎng)ED芯片總生熱量的0.6%。與熱沉相比，熱量基本不通過(guò)它們散失。因此在建立熱仿真模型時(shí)，可以忽略硅膠、PC透鏡層及模塑料，這樣可減少模型復(fù)雜度，加快計(jì)算速度。

該方法可以作為L(zhǎng)ED結(jié)溫分析的一種有效的工程方法。模擬得到了實(shí)驗(yàn)無(wú)法得到的信息: 99.4%的熱流量通過(guò)LED模塊傳導(dǎo)至散熱翅片。因此，LED模塊溫度場(chǎng)分析可忽略硅膠、PC透鏡層及模塑料層的影響。模擬還表明:降低銀漿層熱阻是降低LED封裝熱阻的一個(gè)重要手段。

通過(guò)對(duì)LED實(shí)物模塊的分析，建立了數(shù)值仿真模型，建模過(guò)程中為減小模型尺寸、降低建模和計(jì)算復(fù)雜度，對(duì)真實(shí)模型進(jìn)行了合理的簡(jiǎn)化:

1)建模過(guò)程中略去了翅片散熱器，代之以在LED模塊熱沉底部施加等效換熱系數(shù);

2)考慮到對(duì)稱因素，只建立了LED模塊的1/4模型;

3)建模過(guò)程中忽略了一些對(duì)溫度場(chǎng)影響非常弱的微小尺寸結(jié)構(gòu)，如圓角等;

4)LED芯片產(chǎn)生的絕大部分熱量通過(guò)銅熱沉傳導(dǎo)至外部翅片散熱器，通過(guò)鍵合金線傳導(dǎo)的熱量極少;而且鍵合金線的直徑非常細(xì)小，建模過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生極多的過(guò)渡單元，大大加重計(jì)算機(jī)求解量，嚴(yán)重影響計(jì)算速度。故在建模過(guò)程中忽略了鍵合金線對(duì)熱量傳遞的影響，即未建立鍵合金線模型。

1、高性能計(jì)算機(jī)CPU,包括高性能CPU、聲卡、顯卡等IC;

2、大功率電源IGBT模塊;

3、大功率LED模塊等。

該燈具采用第四代綠色光源，大功率LED模塊組件作為光源。經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)制造的新一代綠色環(huán)保型燈具。該燈具有安全、節(jié)電、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn).

該燈具用于有瓦斯或煤塵爆炸危險(xiǎn)的煤礦井下，在移動(dòng)式設(shè)備上作照明使用。

D:燈具 G:隔爆 Y:移動(dòng)式設(shè)備用 20:功率 20W 127(24):電壓 L:LED燈

a.環(huán)境溫度不大于45度、不小于–20度。

b.海拔高度不超過(guò)1000米。

c.空氣相對(duì)濕度為95%(25度時(shí))。

d.使用場(chǎng)所無(wú)腐蝕氣體。