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灯具LED热设计及仿真模拟 Or： d q / d t = ΔT / R = 热流 T = 温度 A = 横截面积 k = 热导系数 ΔX = 厚度 R =ΔX /（k A）= 热阻 7.对流 – 对流发生在有温差的表面和运动流体间的传热 – 对流有如下两种方式： ? 自然对流散热 ? 强制对流散热 External Flow 外流 Internal Flow 内流 dq/dt = 小块到空气的全部热量 h = 对流换热系数 A = 有效散热面积 Tw = 热表面温度 Tf = 气流的平均温度 R = 1 /(hA) 热阻 8.热辐射 – 辐射发生在两种没有直接接触的表面 – 能量通过电磁波传递 – 所有物体大于0 K均发生热幅射 dq/dt:两个表面幅射交换能量为： Where, dq/dt = 热流 σ= Stefan-Boltzmann 常数 ε= 表面发射率 f = 表面1到表面2的视因子 A = 辐射面积 T1, T2 = 发射面和接受面温度 9. LED光源特性 ? 与传统光源不同，高功率发光二极管（LED）不产生热辐射，而由其PN结向LED封装上的散热片（thermal slug）进行热传导。由于通过传导方式扩散，LED 产生的热量进入空气的通路较长且成本较高。 10.散热设计 ? 大功率LED照明光源需要解决的散热问题涉及 以下几个环节： – 晶片PN结到外延层； – 外延层到封装基板； – 封装基板到外部冷却装置再到空气。 ? 为了取得好的导热效果，三个导热环节应采用热导系数高的材料，并尽量提高对流散热。 11.散热片 12. LED散热基板 a.一般FR4（PCB）b.金属基PCB c.陶瓷基板 d.直接铜块结合 一般FR4，热导系数0.36 金属氧化作为绝缘层，热导系数20k/mk ? 陶瓷基板 – 热膨胀系数与Chip匹配 – 导热系数>80 – 价格高,无法应用于大面积基板 13.散热片 ? 散热器通过扩大散热面 积提高传热效果 ? 最常用的散热器是翅片 散热器最常用的散热器材料为铝或铜 现有的散热器种类： – Stampings 冲压 – Extrusions 拉伸 – Bonded/Fabricated 粘接 – Folded 折叠 – Casting 铸造 针对给定的应用选择散热器，我们必须 考虑以下四点： – 从结点到空气的热阻 – 允许空间 – 可能的空气流量 – 散热器的成本 整体的热阻 Rja = (Tj - Tamb)/P = Rjc + Rcs + Rsa Rjc,Rcs,Rsa分别是 结到壳，壳到散热器，散热 器到空气的热阻 热管技术 ? 热管是一种具有高效 导热性能的传热器件。它能够在热源与散热片间以较小的温差实现热传递，也可以在散热器基板表面实现 等温以提高散热器的效率。 14.热设计的发展趋势 ?热管技术 ?Therma-Base? heat sinks与型材散热器的比较 15.热设计 ? 对产品的温度场作出预测，使我们在进行产品设计开发时关注热点区域。进行各种设计方案的优劣分析，得出最佳的设计方案。 对设计者经 验的依赖度 设计周期 热设计一次 成功率 热设计方案 的优化程度 效率 传统热设计 方法 完全 短 低 低，裕量 大 低 仿真分析方 法 强 长 高 高，裕量 适中 高 ? 电子设备热设计软件是基于计算传热学技术（NTS）和计算流体力学技术（CFD）发展电子设备散热设计辅助分析软件。 ? 目前商业的热设计软件种类繁多，有基于有限体积法的Flotherm、I-deas、Ice-pack、Tas－Harvard thermal、Cool it、Betasoft，及基 于有限元的Ansys等，其中Flotherm、I-deas、 Ice-pack占据大部分的市场份额。 16. ANSYS软件介绍 ? Ansys软件是由美国Ansys公司推出的多物理场 有限元仿真分析软件，涉及结构、热、计算流 体力学、声、电磁等学科，能够有效地进行各 种场的线性和非线性计算及多种物理场相互影 响的耦合分析。Structure是该软件面向结构 分析研究的专用模块。Flortran是该软件面向流场分析研究的专用模块。Thermal是其中面 向热设计研究的专用模块。 17.Flothermal 热分析软件介绍 ?Flotherm是英国的FLOMERICS公司开发的电 子设备热设计软件，其最显著的特点是针对电 子设备的组成结构，提供的热设计组件模型， 根据这些组件模型可以快速的建立机柜、插框、 单板、芯片、风扇、散热器等电子设备的各组成部分。 Flotherm软件基本上可以分为前处理、求解器和后处理三个部分。 –前处理包括Project Manager、Drawing Board和 F