大功率LED散熱仿真分析

3．2 熱導(dǎo)率對(duì)LED的散熱的影響
只考慮熱傳導(dǎo)與對(duì)流，改變不同封裝填充材料如硅樹(shù)脂．得出結(jié)果，如圖3所示。即使找到一種熱導(dǎo)率高達(dá)7 Wm-1K-1的環(huán)氧樹(shù)脂成分封裝材料時(shí)，相比使用熱導(dǎo)率為0.25 Wm-1K-1的環(huán)氧樹(shù)脂成分封裝材料時(shí)，芯片溫度下降不多，鋁基板溫度只下降了2.271℃，最大功率僅提高了0.69 W。實(shí)際上，熱導(dǎo)率值超過(guò)7Wm-1K-1以上、可商業(yè)化的透明硅樹(shù)脂封裝材料目前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。分布云圖如圖4所示。

表2給出透鏡熱導(dǎo)率為0.2 Wm-1K-1時(shí)，不同熱沉材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于LED最大功率影響。由表2看出，熱沉材料對(duì)于LED的最大散熱能力的影響很小。

綜上所述，熱導(dǎo)率變化對(duì)LED最大功率影響微弱。
3．3 增加散熱面積對(duì)LED散熱的影響
表3為3種不同散熱方式對(duì)LED的溫度分布、最大功率的影響?？梢钥闯觯黾由崦娣e是很好的散熱方式，可以輕易地提高LED器件散熱能力，這是目前LED產(chǎn)品所普遍使用的散熱方式之一。然而缺點(diǎn)也很明顯：影響成本、增加產(chǎn)品重量、影響封裝密度。無(wú)限度地提高LED散熱片面積顯然不現(xiàn)實(shí)，因此一般使用1.5inch2散熱片提升LED產(chǎn)品最大功率至10 W左右，出于成本等因素就不能繼續(xù)提高。

3．4 對(duì)流方式對(duì)LED散熱的影響
常見(jiàn)對(duì)流散熱方式有兩種：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。固定結(jié)構(gòu)的散熱與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有關(guān)?？绽浞绞綍r(shí)，不同傳熱系數(shù)對(duì)最大功率的影響如圖5所示。強(qiáng)對(duì)流方式在一定速度內(nèi)會(huì)大大提高LED產(chǎn)品的散熱能力，有助于提高散熱效果。

綜上所述，無(wú)論是增加散熱面積還是增加對(duì)流速度都不能無(wú)限制地提高散熱能力，其原因在于：當(dāng)散熱結(jié)構(gòu)、方式固定后，即使LED導(dǎo)熱率有所上升，也無(wú)法真正大幅度降低芯片溫度；事實(shí)證明增加散熱面積，可以促進(jìn)散熱。但由于成本限制，且不可能無(wú)限制地增加散熱面積，因此，要提升LED產(chǎn)品的散熱能力，關(guān)鍵要在最大努力增加散熱面積時(shí)，尋找一種可以快速將上表面熱量帶走的散熱方式。

4 結(jié)語(yǔ)
利用ANSYS軟件對(duì)大功率LED進(jìn)行三維有限元熱分析，并繪制了其受不同因素影響時(shí)器件的溫度云圖，通過(guò)比較各種因素對(duì)散熱性能的影響，得出結(jié)論：在經(jīng)過(guò)必要的選材優(yōu)化后，對(duì)于材料熱導(dǎo)率的追求只是對(duì)提高LED散熱能力細(xì)枝末節(jié)地修改，想要大幅度地提高LED的散熱能力，關(guān)鍵是增加散熱面積與改變散熱方式。