摘 要:采用微通道致冷技術，設計了大功率LED陣列封裝的微通道致冷結構，并應用熱分析軟件模擬了其熱性能，探討不同鰭片結構尺寸、流速、功率等參數對LED多芯片散熱效果的影響。文中提出了采用交錯通道以提高LED封裝的散熱能力，模擬結果顯示，交錯微通道致冷的封裝結構能很好地滿足大功率LED陣列的散熱需要。
Abstract:The packaging structure of high power LED arrays integrated with microchannel cooler has been discussed. Detailed heat transfer performanch has been analyzed using the finite element analysis（FEA） technology. The effects have been discussed on the cooling of multi-chip LED module with different internal fin geometry of module, velocity of flow and total power. The cooling scheme has been optimized by using staggered fins in microchannel coolers to increase the heat transfer coefficient of the multi-chip LED module packaging. The result shows that the packaging structure of the microchannel cooler with staggered finscan achieves good thermal performance for high power LED array.
關鍵詞:大功率LED；微通道；交錯鰭片；散熱；封裝；
Key words:high power LED;microchannel, staggered fins; cooling; packaging；
1、引言
LED是一類可直接將電能轉化為可見光和輻射能的發光器件，具有強大的市場潛力，而大功率LED被業界認為是照明光源市場的主要方向。目前大功率LED芯片的流明效率可達50 lm／W。為實現普通照明所需的1 000 lm 的光通量，必須盡可能提高單個芯片的輸出光通量。出光效率一定時，可以通過提高芯片功率來獲得更大光通量，但這要受到散熱條件的制約。當前水平下，大功率LED只能將10 ～20 的輸入功率轉化為光能，而其余80 ～90 轉化成了熱能[1]。如果熱量不能及時有效地散出，將導致LED芯片的結溫過高，出光效率和芯片壽命降低(為了保證LED芯片的壽命，一般要求結溫控制在120℃ 以下)。因此，如何及時消除因耗散功率所轉化的熱量，有效解決散熱冷卻問題就成為研制大功率LED必須攻克的技術之一。
傳統的冷卻方式以氣冷散熱為主，但以目前電子器件所產生的高熱量而言，氣冷已無法全部將能量帶走，且空氣對流熱傳系數無法隨流速增加而無限增加。由于水的熱傳導性比空氣好，且利用液體冷卻方式在封閉的空間里不會產生不必要的余熱，因此水冷散熱系統或模塊具有很大的開發價值和可行性。微通道散熱器是一種新型的器件冷卻技術，具有很強的散熱能力。其結構通常由熱傳導率較高的材料(如硅、銅或鋁等)利用精密機械或微制造技術來加工。由于微通道的特征尺寸一般在10 m 到1 000扯m之間，具有較大的體積／面積比、較高的對流熱傳導系數、較小的質量和體積等優點，非常適合于微型器件的封裝冷卻。 |
