led 散热片优化课件

1、LED散热设计学习笔记（二）一、单芯片LED热分析及散热器设计各种散热器模型      芯片产生的热量，先传导给金属基板和散热器，再通过对流向空气散热。另一部分则通过对流和热辐射的形式，穿过封装壳内部空间，达到外壳侧壁和顶部的内表面，再通过导热的形式传递到外表面。由于封装材料导热能力差，计算时这部分散热可以忽略。故被封装材料封装住的芯片表面、粘接材料表面和基板的部分表面都定义为绝热壁面，其余壁面定义为自然对流壁面。1、散热器形式对芯片结温及热阻的影响    在HS2与HS1耗费材料差不多的情况下

2、，HS2的芯片结温和热阻要比HS1低。可见，散热片与基板垂直具有更好的散热效果。同时可以看出，HS2-HS5随着散热片数目的增多，芯片结温及热阻显著降低。可见，增加散热片数目，散热面积增大，有利于芯片散热。HS6散热效果最差，而且耗费的材料最多，说明此种块状散热器是不可取的。    另外，散热面积较小时，随着散热面积的增大，芯片结温及热阻急剧降低。随着散热面积的增大，芯片结温与热阻随之增大的幅度减缓。2、粘接材料导热率对芯片结温及热阻的影响    随着粘接材料导热率的增大，芯片结温及热阻急剧降低。当粘接材料导热率增

3、大到5W/ （m·C）时，芯片结温及热阻随粘接材料导热率增大有所减小，但减小的幅度非常缓慢。故应该选用导热率较大的材料做粘接材料，但是若粘接材料的导热率在5W/ （m·C）以上时，可以根据实际操作方便、经济性选用粘接材料，不需考虑粘接材料导热率的影响。3、散热器材料对芯片结温及热阻的影响    随着散热器材料导热率的增大，芯片结温及热阻显著降低，当导热率增大到200W/(m·C)时，降低减缓，再增大到400W/（m·C)时，减小的非常缓慢。可见，依靠增大材料导热率改善散热性能是有限的，当材料导热率增大到一定值时，只

4、有改进散热器结构才可以继续改善散热性能。结论：散热片与基板垂直比散热片与基板平行具有更好的散热效果。散热片都垂直十基板时，增加散热片数量，可以增大散热面积，芯片结温和热阻都有所降低。随着粘接材料导热率增大，芯片结温降低，热阻减小。当粘接材料导热率增大到5W/ （m·C)时，再增大导热率，芯片结温和热阻减小的幅度非常缓慢。随着散热器材料导热率的增大，芯片结温及热阻显著降低，当导热率增大到200W/(m·C)时，降低的幅度减缓，再增大到400W/(m·C)时，减小的非常缓慢。二、大功率LED芯片组热分析及散热器设计1、大功率LED多芯片组的结构2、散热器结构三、各种散

5、热器模拟结果分析1、Pb系列散热器模拟结果及分析：<一>、热沉厚度对芯片结温及热阻的影响    在某一散热器高度下，随着热沉厚度的增加芯片结温和热阻略有降低，散热器重量明显增加。可见，以增加散热器热沉厚度降低结温和热阻需要耗费更多材料，是不适宜的。<二>、肋片数对芯片结温及热阻的影响    在某一散热器高度下，随着肋片数的增加，芯片结温及热阻显著降低，可见，增加肋片数可以增大散热面积，有利于热量的散发。降低的趋势随着散热器高度的增大略有减缓。<三>、散热器高度对芯片结温及热阻的影

6、响    在同一肋片数目下，随着散热器高度的增大，芯片结温及热阻显著降低。可见，增加散热器高度，可增大散热面积有利于热量的散发。随肋片数目的增多结温及热阻随散热器高度增加而降低的幅度减缓。<四>、肋片厚度对芯片结温及热阻的影响    随着肋片厚度的增加，芯片结温及热阻略有降低，散热器重量增加很多。可见，通过增加肋片厚度降低结温和热阻，效果不明显，而且耗费更多材料，是不适宜的。2、Cp系列散热器模拟结果及分析：<一>、内圆柱直径对芯片结温及热阻的影响   

7、0;在散热器高度为30mm时，随着内圆柱直径的增加，芯片结温和热阻略有升高，散热器重量也明显增加。原因可能是内径的增大减小了散热面积，不利十热量散发。在散热器高度为40mm、50mm时，内径为7mm时，芯片结温和热阻最低。原因可能是内径太小，热量不容易导向散热片，内径太大会减小散热面积，不利十热量散发。又由十此种型式的散热器，应该采用铸造的方法生产，内径太小不利十铸造出质量较优的产品。综合考虑，最适肩的内圆柱直径为7mm。<二>、外圆柱直径对芯片结温及热阻的影响    在某一散热器高度下随着外圆柱直径的增大，芯片结温及热阻显著降低。可见，增大

8、外圆柱直径，散热面积显著增大，有利于热量的散发。<三>、散热器高度对芯片结温及热阻的影响    在外径一定时，随着散热器高度的增加，芯片结温和热阻显著降低。可见，增大散热器高度，增大了散热面积有利十热量的散发。<四>、翅片数对芯片结温及热阻的影响    在某一散热器高度下，翅片数目越多，芯片结温及热阻越低。可见，增加翅片数目，可增大散热面积，有利于热量的散发。3、Yp系列散热器模拟结果及分析<一>、内圆柱直径对芯片结温及热阻的影响    随

9、着内圆柱直径的增大，芯片结温及热阻降低，当内圆柱直径达到lOmm时，降低的幅度很缓慢。又可以看出，随着内圆柱直径的增大，散热器的重量增大。故内圆柱直径大于lOmm时，再增大内圆柱直径，芯片结温和热阻随之降低很少，但将耗费更多的材料。综合散热效果和经济的因素，认为内圆柱直径为1Omm较合适。<二>、肋片直径对芯片结温及热阻的影响    肋片数目一定的情况下，增大肋片直径芯片结温及热阻显著降低。可见，增大肋片直径，增大了散热面积，有利于芯片热量的散发。<三>、肋片数对芯片结温及热阻的影响    

10、肋片直径为25mm时，随肋片数目增多芯片结温和热阻显著降低。肋片直径为40mm时，随肋片数目增多，芯片结温和热阻缓慢降低。肋片直径为55mm时，随肋片数目增多，芯片结温和热阻略有降低。可见，当肋片直径较小时，通过增加肋片数目降低芯片结温和热阻是可行的。当肋片直径较大时，通过增加肋片数目降低芯片结温和热阻是不可行的。<四>、肋片间距对芯片结温及热阻的影响    在肋片数目一定的情况下，随着肋片间距的增大，芯片结温和热阻都略有升高，散热器重量增大。故应该取较小的肋片间距。考虑到实际情况，肋片间距太小，会不利十空气流通，不利十自然对流散热，故取肋片

11、间距1.5mm比较合适。4、其它因素对芯片结温及热阻的影响。<一>、粘接材料厚度及导热率对芯片结温及热阻的影响    随着粘接材料导热率的增大，芯片结温及热阻急剧降低。当粘接材料导热率增大到5W/(m·C)时，芯片结温及热阻随粘接材料导热率增大有所减小，但减小的幅度较缓慢。同时可以看出，粘接材料厚度越大，芯片结温及热阻越大。<二>、环境温度对芯片结温及热阻的影响    芯片结温随环境温度的增加线性增大，热阻不随环境温度的变化而变化。可见，LED适宜置于较低温度下工作。<三&g

12、t;、散热器材料对芯片结温及热阻的影响    散热器材料1导热率较小时，芯片结温及热阻随散热器导热率的增大而急剧降低，当导热率增大到250W/(m·C)时，芯片结温及热阻降低的幅度减缓。可见，通过提高散热器材料的导热率，降低芯片结温和热阻是有局限的。要想进一步降低结温和热阻，还需要改善散热器结构。<四>、散热面积对芯片结温及热阻的影响    当散热面积较小时，随着散热面积的增大，芯片结温和热阻急剧降低。当散热面积增大到0.012m2时，芯片结温和热阻随散热面积的增大而降低，但降低的幅度减缓。当

13、散热面积继续增大到0.024m2时，散热面积再增大，芯片结温和热阻基本不随着降低。同时可以看出，Pb系列和Cp系列的温度一面积曲线、热阻一面积曲线基本重合，说明这两种结构型式在相同的散热面积下，散热效果基本相同。Yp系列的温度一面积曲线和热阻一面积曲线略高十Pb系列和Cp系列的温度一面积曲线和热阻一面积曲线，说明相同的散热面积下，Pb系列和Cp系列的散热效果略优十Yp系列的散热效果。<五>、加载功率对芯片结温及热阻的影响    芯片结温随加载功率的增大而线性增大。加载功率很小时，热阻随功率的增大略有减小，功率再增大时，热阻基本不随加载功率变化。<六>、芯片间距对芯片结温及热阻的影响    芯片间距较小时，芯片结温和热阻随芯片间距的增大急剧下降。芯片间距达到0.4mm时，芯片结温随芯片间距增大而降低的幅度减缓。综合考虑，选取芯片间距为0.4mm比较合适。5、Py系列、pxx系列散热器<一>、Py系列散热器模型及模拟结果和分析    增加肋片数目可以显著降低芯片结温和热阻，但芯片结温仍然在100 C以上。故Py系列散热器应用于实际还需要改进结构。<二>、PXX系列散热器模型及模拟结果和分析&