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【6h】

功率型LED封装技术及热设计

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目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及问题提出

1.1.1 引言

1.1.2 LED封装

1.1.3 LED散热问题提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 封装结构

1.2.2 散热基板

1.2.3 单芯片与多芯片封装

1.3 市场应用前景

1.4 本课题研究的主要内容

第2章 LED基板的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验材料选择

2.2.1 基板材料

2.2.2 高导热绝缘层材料

2.3 填料粒径及组合

2.4 试样制备与步骤

2.4.1 绝缘层厚度

2.4.2 配方设计

2.4.3 实验步骤

2.5 实验结果与分析

2.5.1 基板样品图

2.5.2 基板截面图

2.5.3 红外测试及分析

2.5.4 实际散热效果测试与分析

2.6 本章小结

第3章 LED热设计及大功率基板应用研究

3.1 引言

3.2 ANSYS热分析与模型

3.3 LED封装的ANSYS热分析设计过程

3.4 单芯片功率型LED热仿真结果及分析

3.4.1 绝缘层厚度对热阻的影响

3.4.2 绝缘层热导率对热阻的影响

3.5 多芯片功率型LED的热仿真及分析

3.6 本章小结

第4章 功率型LED灯的制作与性能研究

4.1 引言

4.2 LED驱动器

4.2.1 LNK306芯片介绍

4.2.2 基于LNK306芯片的LED驱动电路设计

4.2.3 驱动器系统测试

4.3 功率型LED灯散热模型

4.3.1 功率型LED灯的热设计

4.3.2 实际温度测试及分析

4.4 几种不同散热器的功率型LED灯

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附 录

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摘要

随着能源危机和环境污染的日益严重,LED由于其发光高、寿命长、节能和环保等优点成为一种新型的绿色光源产品。21世纪将进入以LED为代表的新型固体光源照明时代。随着LED向高光强、高功率发展,LED的散热问题日渐突出。散热问题影响到LED的光输出特性和器件的寿命,是大功率LED封装中的关键问题。
   在LED照明系统中,散热基板是热通路的核心部件,关系到整个系统的电气连接、物理支撑、散热特性、封装的工艺流程以及成本。本文针对大功率LED的散热问题,研究了LED封装用高导热铝基板,并对其在大功率LED上的应用进行了理论分析和实际制作。
   本文通过在树脂基体中添加纳米高导热填料碳化硅、氧化铝、二氧化硅来提高基板绝缘层的导热能力,重点探讨了填料种类和比例对基板绝缘层导热性能的影响,优化了填料配方。通过红外测试和散热实验分析了基板的散热效果,发现树脂与纳米导热填料用量比大约在100:35至100:45之间时,基板导热效果明显,而且混合导热填料填充到树脂基体中的导热性能要优于某一种导热填料,研究结果为按100:30:5:5比例配制树脂:SiC:Al2O3:SiO2时基板导热效果最佳,热阻可达0.65°C/W。
   通过LED热设计对基板绝缘层展开研究,发现基板绝缘层厚度和导热率分别与内部通道热阻关系近似于线形,当增大基板绝缘层的导热率、减小绝缘层的厚度是降低芯片结温和热阻的有效途径。对基板尺寸为6cm×6cm×1.5mm的6W阵列功率型LED进行热仿真,分析了LED芯片分布间距与其热阻之间的关系。随芯片间距的增大,热阻先减小后增大,当芯片间距d=20mm时,表面的温度分布是最均匀的,热阻最小。
   根据理论仿真,采用自制基板制作了一款阵列型6W大功率LED照明灯具,采用开关芯片LNK306制作恒流驱动器,通过散热实验测试LED灯具的散热效果,仿真结果为芯片结温39.143°C,实际测得的温度值为41.49°C,与仿真结果相符。

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