研究集成LED芯片的散热与结构优化
发布时间：2021-08-07 00:31
发光二极管（Light Emitting Diode,LED）是一种可以将电能转化成光能的电子元件。与传统的白炽灯和荧光灯相比,LED具有体积小,功耗低,寿命长,反应时间短,可靠性高,无污染等优势,因而,LED在不久的将来将会替代传统光源,成为第四代新光源。但是,为了满足不同场合对光源的需求,LED需要不同大小的功率,而随着LED功率的升高,其自热效应越来越严重。如果芯片产生的热量不能及时的传导到外界,就会使结温升高,导致LED的光效降低,波长红移,寿命变短。所以,有效的热管理是提高LED性能的最有效的方法。本论文通过使用COMSOL软件,对集成LED芯片进行建模仿真,并对其散热器尺寸参数和芯片结构进行散热分析和优化。首先,本论文对LED的特点、基本结构、工作原理进行了简短的介绍,阐明了结温升高对LED性能的一系列不利影响。同时介绍了LED的特性参数、热传递原理、散热理论和芯片的封装结构。并在此基础上建立了集成LED芯片的三维模型。其次,本论文对市场上常见的三种散热器结构进行了仿真优化。结果表明,平板式散热器的最佳尺寸参数是:翅片长度为25mm,翅片数目为20个,翅片厚度和基板厚度对散...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LED寿命随结温变化关系
第二章 集成 LED 芯片发光及散热理论杂类型的半导体结合在一起，就得到了 PN 结。由于 N 型半导体中电子多，空穴少，而 P 型半导体中空穴多，电子少，所以会产生扩散作用，N 型半导体中的电子会向 P 型半导体中扩散，P 型半导体中的空穴会向 N 型半导体中扩散[21]，因此在两种材料接触的地方形成耗尽层，耗尽层会产生一个反向电场，即势垒区，势垒区的内部电场能够阻止电子和空穴进一步的扩散，最后耗尽层不在扩大，达到一个平衡状态，平衡状态下能带图如图 2-2（a）所示。通过理论和实践我们得出，LED 发光的波长和半导体材料的带隙宽度 Eg有关：Eg=hvq=hcλq2 1λ =hcqEg=1240Eg(2 2)式中，v 为电子运动速度；h 为普朗克常数；q 为载流子所带电荷量；c 为光速；λ为光波长。
电子科技大学硕士学位论文中央，然后通过金线进行电气 LED 芯片之间的串并联连接。集成 LED 芯片包括宝石（Al2O3）衬底和产生光和热的芯片有源层两个部分。整个集成 LED 芯片通环氧树脂封装层进行可靠性封装，并通过导热硅脂固定在散热器上，提高 LED片的散热性能。LED 芯片散热途径主要有两个：一个是热量通过衬底和 PCB 板到达散热器表，进而通过被动热交换进行散热，另一个是热量通过封装层向外界散热，由于装层主要材料是环氧树脂，其热导率很小，并且其厚度很大，导致环氧树脂封层的热阻非常大，一般高于 200K/W，芯片通过环氧树脂封装层散出的热量只有到总热量的 1%，所以可以忽略不计[47]，于是为了简化模型，我们在建模时将封层去掉，而使用热绝缘边界条件进行代替，同时，考虑到该集成 LED 芯片在几结构上具有对称性，我们只对其四分之一进行建模仿真，这样不仅可以缩短软的求解时间和内存的占用，而且不会影响 LED 热分布分析的精度。使用OMSOL 建立三维集成 LED 芯片模型如图 3-2 所示。
本文编号：3326792
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LED寿命随结温变化关系
第二章 集成 LED 芯片发光及散热理论杂类型的半导体结合在一起，就得到了 PN 结。由于 N 型半导体中电子多，空穴少，而 P 型半导体中空穴多，电子少，所以会产生扩散作用，N 型半导体中的电子会向 P 型半导体中扩散，P 型半导体中的空穴会向 N 型半导体中扩散[21]，因此在两种材料接触的地方形成耗尽层，耗尽层会产生一个反向电场，即势垒区，势垒区的内部电场能够阻止电子和空穴进一步的扩散，最后耗尽层不在扩大，达到一个平衡状态，平衡状态下能带图如图 2-2（a）所示。通过理论和实践我们得出，LED 发光的波长和半导体材料的带隙宽度 Eg有关：Eg=hvq=hcλq2 1λ =hcqEg=1240Eg(2 2)式中，v 为电子运动速度；h 为普朗克常数；q 为载流子所带电荷量；c 为光速；λ为光波长。
电子科技大学硕士学位论文中央，然后通过金线进行电气 LED 芯片之间的串并联连接。集成 LED 芯片包括宝石（Al2O3）衬底和产生光和热的芯片有源层两个部分。整个集成 LED 芯片通环氧树脂封装层进行可靠性封装，并通过导热硅脂固定在散热器上，提高 LED片的散热性能。LED 芯片散热途径主要有两个：一个是热量通过衬底和 PCB 板到达散热器表，进而通过被动热交换进行散热，另一个是热量通过封装层向外界散热，由于装层主要材料是环氧树脂，其热导率很小，并且其厚度很大，导致环氧树脂封层的热阻非常大，一般高于 200K/W，芯片通过环氧树脂封装层散出的热量只有到总热量的 1%，所以可以忽略不计[47]，于是为了简化模型，我们在建模时将封层去掉，而使用热绝缘边界条件进行代替，同时，考虑到该集成 LED 芯片在几结构上具有对称性，我们只对其四分之一进行建模仿真，这样不仅可以缩短软的求解时间和内存的占用，而且不会影响 LED 热分布分析的精度。使用OMSOL 建立三维集成 LED 芯片模型如图 3-2 所示。
本文编号：3326792
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