大功率LED粘結材料及熱沉材料熱分析

大功率LED粘結材料及熱沉材料熱分析Thermal Analysis of High-power LEd's Bond and Heat sinks Material李珅1李春明1王保柱!王秀朋2韓冰Li Shen Li Chunming Wang Baozhu Wang Xiupeng Han Bing大功率粘結材料及熱沉材料熱分析(1河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院河北石家莊050018;2河北醫科大學(xué)第一醫院,河北石家莊050018)(1. Institute of Information Science and Engineering, Hebei University of Science and Technology, Hebei Shijiazhuang 0500182. First Hospital of Hebei Medical University, Hebei Shijiazhuang 050018)要:本文介紹了 ANSYS有限元分析軟件在大功率LED封裝材料熱分析中的應用,同時(shí)對1WLED的封裝結構進(jìn)行了熱模擬分析,比較了3種不同的粘結材料和3種不同的熱沉材料對LED封裝結構的溫度場(chǎng)分布,并對所模擬出的溫度分布進(jìn)行對比。結果表明,提高封裝的粘結材料和熱沉材料的導熱率能夠有效地降低芯片溫度,從而提高LED的使用壽命。關(guān)鍵詞:大功率發(fā)光二極管;有限元;熱分析中圖分類(lèi)號:TN3128文獻標識碼:A文章編號:16714792(2010)6-009103Abstract: This article describes the finite element analysis software of ANSYS in the high-power LED thermal analysis of packaging s material. It analysis the IW LEDs packaging structure of the thermal simulation. It compares three different adhesive and heat sinkmaterials'temperature distribution of LED's packaging structure. Then it simulates the temperature distribution in comparison. The re-sult show that improve the packaging materials and heat sink materials thermal conductivity can effectively reduce the chip temperature, then increase lEds life.0引言1.1幾何模型綠色照明”是國內外照明領(lǐng)域提出的一個(gè)新概念。因對于LED封裝,其基板的形狀多種多樣,在熱分析中只此,研究發(fā)光效率高壽命長(cháng)、顯色指數高環(huán)保的新型LED需考慮芯片附近的情況。因此在本文中,把基板簡(jiǎn)化成一個(gè)照明對節能具有十分重要的意義。與傳統照明技術(shù)相比,長(cháng)方形薄板來(lái)進(jìn)行熱分析。由于是大功率LED在實(shí)際的應LED的最大區別是封裝的結構和材料不同它是一種將電能用中,基板的下面一般會(huì )裝有散熱裝置來(lái)對其進(jìn)行散熱。本直接轉化為光能的半導體器件。LED對溫度非常敏感溫度文將LED的封裝進(jìn)行簡(jiǎn)化選用的LED為1W,芯片尺寸為上升會(huì )直接影響發(fā)光效率。當溫升達到一定值時(shí)還會(huì )使封裝1mmx1mmx0.25mm,周?chē)h(huán)境溫度設為25℃.在有限元分樹(shù)脂與熒光粉等材料的物理性能發(fā)生變化,從而影響整個(gè)析中,將大小為40x109wm3的生熱率載荷施加到芯片LED的使用壽命和工作可靠性因此對LED封裝結構和材上;同時(shí)基板側面的空氣對流系數為10W(m2K),下表面料的研究變得非常關(guān)鍵。的空氣對流系數設置為2000W(m2K)來(lái)近似代替散熱器的目前已經(jīng)出現多種芯片封裝連接技術(shù)比較常見(jiàn)的是低散熱效果.分析溫度場(chǎng)時(shí)采用穩態(tài)熱傳導分析啊本文主要考溫燒結技術(shù)它和以往的引線(xiàn)鍵合連接方式相比結構上更慮芯片粘接層基板這一熱傳導路徑。圖一所示為W加簡(jiǎn)單,同時(shí)具有良好的導電性和導熱性本文利用 AN- LED封裝結構的幾何模型。SYS00有限元分析軟件針對WLED從芯片-粘接材料12有限元熱分析過(guò)程基板這一基本結構對幾種不同的粘結材料和基板材料進(jìn)行V中國煤化工勻各向同性粘接良比和分析,從而得出適合大功率LED封裝叩材料。好CNMH界面材料(Sn20A0801有限元分析Sn63Pb37和銀導電膠)的溫度場(chǎng)分布和3種熱沉材料Cum1p-sRsAa銳原杯下度分有MHs結構福分本CR前均要分機圖二不同粘結材料下的結構溫度分布圖圖一1wLED封裝結構Ag和AsC的溫度分布。表一為所需材料的導熱率參數。表LED封裝中材料熱導率材料導熱*W(m2K)410AISO20Sn20Au80王南Sn63Pb37圖三不同的粘結材料沿著(zhù)Z軸正向厚度溫度變化13有限元分析結果對于不同的材料,經(jīng)過(guò) ANSYS有限元分析模擬可以得出溫度場(chǎng)的不同分布。雖然這并不是LED器件內部的實(shí)際溫度,但能大概得到其相對分布情況。2粘結材料分析在LED的封裝設計中,粘結材料的選擇對于解決LED圖四不同基板的結構溫度分布圖的散熱起著(zhù)很重要的作用。由 ANSYS模擬分析,我們可以得出:粘結材料的導熱率越高,LED的散熱效果越好。其中圖二為不同粘結材料下的結構溫度分布圖,圖三為不同粘結材料下芯片沿著(zhù)Z軸正向的溫度變化。3基板材料分析在LED的封裝設計中,基板材料的選擇同樣對解決LED的散熱起著(zhù)至關(guān)重要的作用。由 ANSYS模擬分析得出:基板材料的導熱率越高LED的散熱效果越好。其中圖四為不同基板材料下的結構溫度分布圖,圖五為不同基板材料下芯片沿著(zhù)Z軸正向的溫度變化H中國煤化工CNMH厚度溫度變化4結束語(yǔ)電器件,2005(4):314316本文運用 ANSYS100有限元分析軟件,針對WLED[2]余彬海,李舜勉功率LED芯片鍵合材料對器件熱特從芯片粘接材料基板這一基本結構,對不同的粘結材料性影晌的分析與仿真門(mén)佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報自然科學(xué)夯和基板材料在芯片正常工作達到穩態(tài)后的熱傳導進(jìn)行了模版200523(4):1417擬,通過(guò)對比結果,可以得出:在LED封裝設計中,粘結材料[3]錢(qián)可元慧穎大功率白光LED封裝技術(shù)的研究半和基板材料的選擇對解決LED的散熱起著(zhù)至關(guān)重要的作導體光電200526(2):118120.用。由 ANSYS模擬得到材料的導熱率越高,LED的散熱效[4]馬澤濤朱大慶王曉軍一種高功率LED封裝的熱分果越好。所以,在LED封裝中一定要選擇導熱率較高的材析半導體光電200,27(1):16-18料及熱沉料,同時(shí)要綜合考慮到諸如價(jià)格熱膨脹系數等多方面因素通過(guò)該仿真模擬,可以為進(jìn)一步進(jìn)行散熱器的設計提供良好作者簡(jiǎn)介的基礎李王(1985-),男,河北科技大學(xué)研究生,主要研究方分向:電路與系統;參考文獻李春明(1972-),女,河北科技大學(xué)信息學(xué)院副教授,主[]李炳乾W級大功率白光LED發(fā)光效率研究[光要研究方向:電路與系統。中國煤化工CNMHG