摘 要:采用微通道致冷技術(shù)，設(shè)計(jì)了大功率LED陣列封裝的微通道致冷結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用熱分析軟件模擬了其熱性能，探討不同鰭片結(jié)構(gòu)尺寸、流速、功率等參數(shù)對(duì)LED多芯片散熱效果的影響。文中提出了采用交錯(cuò)通道以提高LED封裝的散熱能力，模擬結(jié)果顯示，交錯(cuò)微通道致冷的封裝結(jié)構(gòu)能很好地滿足大功率LED陣列的散熱需要。
Abstract:The packaging structure of high power LED arrays integrated with microchannel cooler has been discussed. Detailed heat transfer performanch has been analyzed using the finite element analysis（FEA） technology. The effects have been discussed on the cooling of multi-chip LED module with different internal fin geometry of module, velocity of flow and total power. The cooling scheme has been optimized by using staggered fins in microchannel coolers to increase the heat transfer coefficient of the multi-chip LED module packaging. The result shows that the packaging structure of the microchannel cooler with staggered finscan achieves good thermal performance for high power LED array.
關(guān)鍵詞:大功率LED；微通道；交錯(cuò)鰭片；散熱；封裝；
Key words:high power LED;microchannel, staggered fins; cooling; packaging；
1、引言
LED是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光和輻射能的發(fā)光器件，具有強(qiáng)大的市場(chǎng)潛力，而大功率LED被業(yè)界認(rèn)為是照明光源市場(chǎng)的主要方向。目前大功率LED芯片的流明效率可達(dá)50 lm／W。為實(shí)現(xiàn)普通照明所需的1 000 lm 的光通量，必須盡可能提高單個(gè)芯片的輸出光通量。出光效率一定時(shí)，可以通過(guò)提高芯片功率來(lái)獲得更大光通量，但這要受到散熱條件的制約。當(dāng)前水平下，大功率LED只能將10 ～20 的輸入功率轉(zhuǎn)化為光能，而其余80 ～90 轉(zhuǎn)化成了熱能[1]。如果熱量不能及時(shí)有效地散出，將導(dǎo)致LED芯片的結(jié)溫過(guò)高，出光效率和芯片壽命降低(為了保證LED芯片的壽命，一般要求結(jié)溫控制在120℃ 以下)。因此，如何及時(shí)消除因耗散功率所轉(zhuǎn)化的熱量，有效解決散熱冷卻問(wèn)題就成為研制大功率LED必須攻克的技術(shù)之一。
傳統(tǒng)的冷卻方式以氣冷散熱為主，但以目前電子器件所產(chǎn)生的高熱量而言，氣冷已無(wú)法全部將能量帶走，且空氣對(duì)流熱傳系數(shù)無(wú)法隨流速增加而無(wú)限增加。由于水的熱傳導(dǎo)性比空氣好，且利用液體冷卻方式在封閉的空間里不會(huì)產(chǎn)生不必要的余熱，因此水冷散熱系統(tǒng)或模塊具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值和可行性。微通道散熱器是一種新型的器件冷卻技術(shù)，具有很強(qiáng)的散熱能力。其結(jié)構(gòu)通常由熱傳導(dǎo)率較高的材料(如硅、銅或鋁等)利用精密機(jī)械或微制造技術(shù)來(lái)加工。由于微通道的特征尺寸一般在10 m 到1 000扯m之間，具有較大的體積／面積比、較高的對(duì)流熱傳導(dǎo)系數(shù)、較小的質(zhì)量和體積等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于微型器件的封裝冷卻。 |
