高功率LED開發(fā)之CFD模擬散熱解決方案

　　TIM在幫助LED封裝時，將熱能傳導(dǎo)到電路板或散熱片上扮演相當(dāng)重要的角色，在圖2中，TIM 1位于LED封裝與基體間，使用不同的熱傳導(dǎo)值以及不同的BLT來進行模擬。

　　由圖5中可看出，帶散熱片基體Moonstone封裝的接口厚度越厚，接口熱阻受到TIM 1材料熱傳導(dǎo)能力的影響就越明顯，圖中顯示，當(dāng)接口厚度提高時，熱阻的增加會更容易受到熱傳導(dǎo)能力的影響，不過不同熱傳導(dǎo)值、接口厚度間的影響并不明顯。

　　圖5　TIM對熱阻RJA的影響。

　　兩個實體表面間的空氣間隙會降低熱傳導(dǎo)能力，TIM則可用來將兩個相鄰實體表面黏合并提高LED散熱塊(發(fā)熱源)與金屬核心PCB/FR4 PCB(散熱片)間的接觸面積，因此能夠降低這個連接面的溫度差。

　　圖6中的RJA預(yù)估值為TIM 1接觸面質(zhì)量對散熱效能影響的數(shù)值模擬研究結(jié)果，其中假設(shè)唯一的空隙點位于整體體積的中心區(qū)域。

　　圖6　TIM 1接觸面積百分比大小對RJA的影響。

　　RJA最高大約增加2%，同時只在接觸面積區(qū)域為85%時會發(fā)生，此代表夾在TIM 1內(nèi)部的空隙可高達(dá)15%，而不會造成明顯的散熱效能影響，不過，由于模型的一些假設(shè)條件，這個預(yù)估結(jié)果的誤差率有可能達(dá)到20%，因此須進行其他實驗來驗證這個數(shù)據(jù)。

　　表3列出TIM材料的特性以及可用性，這些TIM材料在市場相當(dāng)普遍，各有其優(yōu)劣勢。

　　提高散熱效能方案紛出爐

　　除了使用TIM材料來強化散熱效能外，尚有一些可用來改善散熱能力設(shè)計的方法，包括散熱片的尺寸、表面結(jié)構(gòu)以及面向的安排;采用系統(tǒng)機殼氣流路徑設(shè)計加強自然對流冷卻;以及使用主動式冷卻系統(tǒng)，如風(fēng)扇或?qū)峁軄硪瞥裏峥諝?，并協(xié)助自然對流冷卻。

　　這個研究展現(xiàn)出CFD的模型建立技術(shù)如何應(yīng)用，以模擬帶散熱片的LED星形封裝，結(jié)果清楚地顯示，仿真模型可提供相當(dāng)符合實際測量的結(jié)果，由此可知，CFD是協(xié)助設(shè)計工程師將高功率LED導(dǎo)入實際應(yīng)用的良好工具，同時它的誤差百分比也在工業(yè)應(yīng)用可接受的范圍內(nèi)。

　　此外，熱阻的增加較易受到接觸面積的影響，接口厚度增加帶來的TIM材質(zhì)熱傳導(dǎo)能力則較不明顯，而TIM 1內(nèi)部高達(dá)15%的空隙為可接受的范圍，同時不會造成明顯的散熱效能影響。