大功率散热器优化设计论文提纲

论文题目：大功率COB-LED散热研究及散热器设计

摘要：近年来,随着半导体技术的迅猛发展,LED以其节能环保、体积小、发光效率高等特点,成为了家用照明、汽车车灯、户外照明的理想光源,使人类进入了第四代绿色技术光革命。采用COB（Chip on board）封装的大功率LED具有光效高、集成度高、成本低等特点,引起了广泛的关注。可是COB封装的LED由于集成芯片个数较多,在使用过程中极易出现热聚集,从而导致芯片温度过高,这将严重影响其可靠性,所以对其散热的研究不可或缺。为了获取大功率COB-LED器件各部分的热阻值,本文使用T3Ster半导体热特性测试仪对器件进行了热特性测试,利用热阻和热导率的关系,得到了器件各部分的材料参数。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对使用太阳花型和翅型散热器情况下的大功率COB-LED进行了稳态热分析,并将模拟结果与实验测试结果进行比较,证明了仿真模型建模较为准确以及ANSYS Workbench应用于大功率COB-LED热分析的可行性。运用ANSYS Workbench进行瞬态热分析,对不添加外部散热器条件下大功率COB-LED器件烧毁的原因进行了解释,表明外部散热对提高大功率COB-LED的可靠性至关重要,并对各芯片最高温排布规律进行了曲线拟合。从导热胶热导率、厚度、截面积、空洞四方面对COB-LED芯片最高温的影响进行了仿真模拟,找出了这四方面与芯片最高温之间的关系,并对空洞形成机理进行了分析,对导热胶涂覆工艺改进提出了几点建议。依据大功率COB-LED热量扩散及其结构特点,设计了一款带凹槽的半球型散热器,使用正交试验法从凹槽深度、翅片个数、翅片厚度、翅片长度四方面对该散热器进行了优化设计。优化后的半球型散热器能将COB-LED芯片最高温降低到63.705℃,极大地提高了大功率COB-LED的可靠性,并且体积小于太阳花型和翅型散热器。综上所述,本文主要通过热特性测试实验和有限元仿真对大功率COB-LED器件的散热性能进行了研究,并设计了一款散热效率较高的散热器。验证了有限元仿真在大功率COB-LED散热设计中的可靠性。找出了导热胶涂覆工艺与大功率COB-LED芯片最高温之间的关系。本文所获得的实验与模拟结果对大功率COB-LED的散热设计具有一定的指导意义。

关键词：大功率COB-LED;热特性;ANSYS Workbench;热分析;导热胶;半球型散热器;正交试验法

学科专业：机械工程

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 市场与行业分析

1.3 温度对LED性能的影响

1.4 本课题国内外研究现状及趋势

1.4.1 LED的发展趋势

1.4.2 导热胶研究现状

1.4.3 大功率LED系统级散热发展状况

1.5 本文研究内容

第二章 理论基础

2.1 LED结构原理及光电特性

2.1.1 LED结构原理

2.1.2 LED的光学特性

2.1.3 LED的电学特性

2.2 LED结温与热阻

2.2.1 LED的结温

2.2.2 LED的热阻

2.2.3 热阻与热导率的关系

2.3 COB–LED简介及其封装技术

2.3.1 LED的封装类型

2.3.2 LED芯片的结构

2.4 本章小结

第三章 COB-LED热特性实验研究

3.1 实验原理及实验设备

3.1.1 电学参数法测量理论

3.1.2 结构函数理论

3.1.3 实验设备与测试方法

3.2 COB-LED热特性测试

3.2.1 K系数测量

3.2.2 瞬态热测试

3.2.3 热阻测试结果与分析

3.2.4 确定各结构材料组成

3.3 本章小结

第四章 COB-LED温度测量及仿真模拟

4.1 理论基础

4.1.1 传热理论

4.1.2 热电偶测试原理

4.2 实验设备及样品

4.3 COB-LED实验测量

4.3.1 不添加任何散热措施

4.3.2 添加外部散热措施

4.4 COB-LED仿真模拟前的准备

4.4.1 有限单元法基本理论

4.4.2 有限元软件ANSYS

4.4.3 有限元软件ANSYS Workbench

4.4.4 有限元模型的建立

4.4.5 有限元模型的网格划分

4.5 COB-LED热力学仿真

4.5.1 边界条件

4.5.2 稳态热分析

4.5.3 瞬态热分析

4.6 COB-LED芯片温度分布研究

4.7 本章小结

第五章 导热胶对COB-LED芯片温度的影响及散热器设计

5.1 导热胶热导率对芯片温度的影响

5.2 导热胶厚度对芯片温度的影响

5.3 导热胶截面面积对芯片温度的影响

5.4 导热胶空洞对芯片温度的影响

5.4.1 空洞均匀分布时对芯片温度的影响

5.4.2 单空洞面积对芯片最高温的影响

5.4.3 空洞形成机理分析及对涂覆工艺改进的建议

5.5 大功率COB-LED散热器设计

5.5.1 散热器材料的选择

5.5.2 散热器结构的初步确定

5.5.3 基于正交实验法的散热器的优化

5.5.4 半球型散热器正交试验

5.5.5 正交试验结果分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢