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大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计

发布时间:2019-07-19 08:37
【摘要】:针对大功率远程荧光粉型白光LED存在的散热问题,研究了其封装结构的散热设计方法。在分析现有远程荧光粉型白光LED封装结构及散热特点的基础上,提出将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。仿真分析结果表明:新的设计能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热能力。在相同边界条件下,改进设计后的荧光粉层温度较改进前降低了10.7℃,芯片温度降低了0.55℃。在芯片基座上设置热隔离槽对芯片和荧光粉层温度的影响可以忽略。为了达到最优的芯片和荧光粉层温度配置,对荧光粉层与芯片之间封装胶层厚度进行优化是必要的。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来,既避免了二者的相互加热问题,又增加了灯珠光学设计的自由度。
文内图片:远程荧光粉型白光LED封装结构
图片说明: 第1期陈华,等:大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计99封装胶荧光粉层封装胶透镜芯片绝缘层基座散热器图1远程荧光粉型白光LED封装结构Fig.1ConfigurationofremotephosphorwhiteLED荧光粉层封装胶热传导透镜热传导热对流、热辐射封装胶热传导LED芯片基座热传导散热器热对流、热辐射图2荧光粉层和芯片的散热路径Fig.2Heattransferpathsoftheremotephosphorlayerandthechip从图2可以看出,芯片的主要散热路径是通过基座、热界面材料的热传导作用将热量传导至散热器散出;荧光粉的主要散热路径包括向上通过透镜向环境的热传导和向下通过LED芯片到达散热器的热传导两个途径。由于封装硅胶和硅树脂透镜的热传导系数很低,通常认为该路径的热传导作用可以忽略,即荧光粉的热量主要通过LED芯片从散热器散出,这就不可避免地产生了芯片和荧光粉的互热作用。由于透镜、硅树脂对红外热辐射具有透射作用,同时它们和芯片的温度不高,因此热辐射的影响基本可以忽略不计。2.2传统封装LED散热特点仿真分析图3是针对上述远程荧光粉型白光LED的封装结构进行的仿真分析。假设芯片的总输入功率为1W,芯片出光效率为30%,即芯片的发热量为0.7W。取荧光粉的光转换效率为70%,即有0.09W光能被荧光粉吸收变为内能。封装结构所采用的材料及其热传导系数见表1。分析时取环境温度为30℃,忽略热辐射的影响,灯珠的68.648z68.609xy透镜封装胶芯片基座荧光粉混合物层反光碗散热器(a)(b)(c)73.5772.2971.0069.7268.4367.1565.8764.5863.3062.0160.7359.4458.16zxy整体温度分布69.07469.0356?
文内图片:荧光粉层和芯片的散热路径Fig.2Heattransferpathsoftheremotephosphorlayerandthechip从图2可以看出,芯片的主要散热路径是通过基座、热界面材料的热传导作用将热量传导至散热
图片说明: 第1期陈华,等:大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计99封装胶荧光粉层封装胶透镜芯片绝缘层基座散热器图1远程荧光粉型白光LED封装结构Fig.1ConfigurationofremotephosphorwhiteLED荧光粉层封装胶热传导透镜热传导热对流、热辐射封装胶热传导LED芯片基座热传导散热器热对流、热辐射图2荧光粉层和芯片的散热路径Fig.2Heattransferpathsoftheremotephosphorlayerandthechip从图2可以看出,芯片的主要散热路径是通过基座、热界面材料的热传导作用将热量传导至散热器散出;荧光粉的主要散热路径包括向上通过透镜向环境的热传导和向下通过LED芯片到达散热器的热传导两个途径。由于封装硅胶和硅树脂透镜的热传导系数很低,通常认为该路径的热传导作用可以忽略,即荧光粉的热量主要通过LED芯片从散热器散出,这就不可避免地产生了芯片和荧光粉的互热作用。由于透镜、硅树脂对红外热辐射具有透射作用,同时它们和芯片的温度不高,因此热辐射的影响基本可以忽略不计。2.2传统封装LED散热特点仿真分析图3是针对上述远程荧光粉型白光LED的封装结构进行的仿真分析。假设芯片的总输入功率为1W,芯片出光效率为30%,即芯片的发热量为0.7W。取荧光粉的光转换效率为70%,即有0.09W光能被荧光粉吸收变为内能。封装结构所采用的材料及其热传导系数见表1。分析时取环境温度为30℃,,忽略热辐射的影响,灯珠的68.648z68.609xy透镜封装胶芯片基座荧光粉混合物层反光碗散热器(a)(b)(c)73.5772.2971.0069.7268.4367.1565.8764.5863.3062.0160.7359.4458.16zxy整体温度分布69.07469.0356?
【作者单位】: 武汉科技大学汽车与交通工程学院;
【基金】:湖北省自然科学基金(2015CFB220);湖北省自然科学基金重点项目(2015CFA064) 湖北省科技支撑计划(2014BEC055) 国家自然科学基金(51578430) 武汉科技大学青年科技骨干培育计划资助项目~~
【分类号】:TN312.8

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