大功率led模块
简介大功率LED模块的结温，提出了一种准确确定边界条件来实现精确建模的方法。利用该方法获得的模拟结果与实验值误差仅为0.8％，可以准确获得LED模块的结温。该方法可以作为LED结温分析的一种有效的工程方法。模拟得到了实验无法得到的信息： 99.4%的热流量通过LED模块传导至散热翅片。因此，LED模块温度场分析可忽略硅胶、PC透镜层及模塑料层的影响。模拟还表明：降低银浆层热阻是降低LED封装热阻的一个重要手段。
应用大功率LED大规模应用必须解决可靠性问题，高温是影响LED可靠性的一个关键性问题。评价LED热可靠性的一个常用指标是LED的结温。但由于LED芯片封装在内部，利用传统的温度测量方法对结温进行直接测量是相当困难的。随着技术的发展和应用的需要，研究者们提出了几种测量LED模块结温的方法[1~4]，如光谱法、电阻温度系数法等，通过测量LED模块发光波长或LED模块两端的电压来间接计算出LED模块的结温，测量步骤繁琐，甚至需要较为精密和昂贵的实验设备。
与实验相比，数值模拟方法由于其良好的灵活性和便捷性，被广泛用来分析LED模块的温度场。LED模块使用的散热翅片尺寸一般为分米量级，较小的翅片也有厘米量级。而LED模块的尺寸则非常小，特别是LED芯片的尺寸更加微小，其厚度一般仅为几十个微米。LED模块与散热器如此大的几何尺寸差别给温度场的模拟仿真造成了极大的困难：为了充分显示LED模块内部的温度场，必须采用较小的仿真单元尺寸，但这造成了单元数目的极大增加。即使在LED芯片与散热翅片之间采用过渡单元，也很难将总的单元数目降低下来。对于一般的计算机配置，模拟仿真所采用单元总数过多会造成计算量迅速增加，明显降低求解速度，甚至不可求解。为了解决这个问题，一般采用的方法有两种：(1)忽略LED模块内部结构，而将整个LED模块简化为一个面热源施加在散热器对应的位置，评价散热器冷却效果时较多采用这种方法[5]；(2)如果要分析LED模块内的温度场，在建立仿真模型时，可忽略散热器，在LED模块相应位置施加等效对流换热边界条件，这种方法被较多研究者所采用[6~8]。上述两种方法各有利弊：方法一模型简单，可以大致获得LED模块的平均温度，但是由于没有考虑LED模块的内部结构，无法获得内部的温度场分布，也无法进行准确的结温估计；方法二可获得LED模块内部的温度场分布，但边界条件的确定较为困难，特别是难以得到准确的等效换热系数。
特点通过对LED实物模块的分析，建立了数值仿真模型，建模过程中为减小模型尺寸、降低建模和计算复杂度，对真实模型进行了合理的简化：
1)建模过程中略去了翅片散热器，代之以在LED模块热沉底部施加等效换热系数；
2)考虑到对称因素，只建立了LED模块的1/4模型；
3)建模过程中忽略了一些对温度场影响非常弱的微小尺寸结构，如圆角等；
4)LED芯片产生的绝大部分热量通过铜热沉传导至外部翅片散热器，通过键合金线传导的热量极少；而且键合金线的直径非常细小，建模过程中会产生极多的过渡单元，大大加重计算机求解量，严重影响计算速度。故在建模过程中忽略了键合金线对热量传递的影响，即未建立键合金线模型。
结论模拟结果同时还表明：
1)99.4%的热流量通过LED模块的热沉传导至翅片散热器，减少该散热通道上的热阻，将明显改善LED模块的散热效果，降低结温；银浆层占该散热通道总导热热阻的很大一部分，降低银浆层的热阻是提高整个模块散热能力的关键；
2) LED模块顶部为硅胶和PC透镜层，侧边为模塑料，这几部分散失的热流量仅为LED芯片总生热量的0.6%。与热沉相比，热量基本不通过它们散失。因此在建立热仿真模型时，可以忽略硅胶、PC透镜层及模塑料，这样可减少模型复杂度，加快计算速度。