LED 輸入功率為1 W，電光轉(zhuǎn)換效率為15%，芯片尺寸為0. 001 m ×0. 001 m，基板和金屬線路板的尺寸為0. 03 m ×0. 03 m，周圍環(huán)境溫度為298 K，器件與外界的自然熱對(duì)流系數(shù)為15 W/ ( m2·K) . 由于封裝透鏡采用的是環(huán)氧樹脂材料，其熱導(dǎo)率只有0. 2 W/ ( m·K) ，因此芯片通過(guò)透鏡的散熱量基本上可以忽略，芯片產(chǎn)生的熱量，主要是先傳給金屬基板和散熱器，再通過(guò)對(duì)流向空氣散熱. 為了簡(jiǎn)化模型，不考慮封裝過(guò)程各層之間的附加接觸熱阻，分析溫度場(chǎng)時(shí)采用穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析，LED 施加的載荷是體載荷，即將8. 5 × 10 - 9W/m3 的熱生成率施加在芯片上. 以O(shè)SRAM 公司的Golden Dragon1W 白光LED 器件( 型號(hào)LWW5SG) 安裝在0. 03 m × 0. 03 m 金屬線路板進(jìn)行仿真測(cè)試，結(jié)溫為359. 14 K，其熱阻計(jì)算式:
Rth = ( Tpn - T環(huán)境) /p = ( 359. 14 - 298) /1 × 0. 85 = 71. 93( K/W)
式中: Tpn為結(jié)溫; T環(huán)境為環(huán)境溫度; p 為流經(jīng)介質(zhì)的熱功率.
所得數(shù)值和提到的66. 12 ( K/W) 很接近，說(shuō)明了本文ANSYS 仿真的精確性和模型建立的合理性.
2 封裝結(jié)構(gòu)對(duì)LED 散熱的影響
2. 1 3 種典型的封裝結(jié)構(gòu)
目前，LED 有3 種典型的封裝結(jié)構(gòu):
1) 基于金屬線路板的封裝結(jié)構(gòu). 該封裝結(jié)構(gòu)是將器件直接組裝在金屬線路板上，形成功率密度LED，金屬線路板是采用鋁或銅金屬作為電路板底材，可作為散熱熱沉使用，在基板上覆一層幾毫米厚的銅箔作線路. 由于鋁本身為導(dǎo)體，鋁基板與銅箔之間必須采用一介質(zhì)作絕緣，由于低熱導(dǎo)率介質(zhì)絕緣層的存在使得金屬線路板熱導(dǎo)率有效值約為178 W/m·K，模擬結(jié)構(gòu)圖如圖1( a) 所示.
2) 傳統(tǒng)的正裝結(jié)構(gòu)，如Norlux 系列. 該結(jié)構(gòu)以鋁板作為底座，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，鋁板同時(shí)作為熱沉，模擬結(jié)構(gòu)圖如圖1( b) 所示.
3) 倒裝結(jié)構(gòu)，如LUXEON 系列. 該結(jié)構(gòu)將芯片倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點(diǎn)的硅基座上，然后把完成倒裝焊接的硅基座裝入熱沉與管殼中，鍵合引線封裝。
