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LED照明中陶瓷材料在散热应用的运用

上传人:未知

上传时间: 2011-07-25

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  由于LED的结温不能直接测得,常采用间接测试法,目前主要有2种:

  ①电参数法:LED随着结温的上升,两端电压呈线性降低,比例系数K的典型值为4mV/℃,结温可按式(1)进行计算;②热电偶间接测试法:通过测试LED焊脚的温度sp间接得到结温值,此时结温可按式(2)进行计算。

  


  式中:为结温,0为初始温度,K为比例系数,△F为电压变化的绝对值。

  


  式中:为结温,sp为LED焊脚的温度,th为PN结到焊脚的平均热阻,为芯片功率。

  本次进行温度测试的方法为热电偶测试法。LED焊脚测试点为两处,灯体散热器测试点为三处,环境温度采用两根热电偶测试,测试结果如表3所示。



  3.2 陶瓷LED灯具和铝制压铸LED灯具的计算机仿真

  为了研究和设计陶瓷LED灯具,我们借助计算机软件进行仿真分析。本次采用的流场分析软件为Flo-EFD(简称EFD,EngineeringFluidDynamics),EFD为NIKA的旗舰产品,主要用于汽车、航空航天、机械、船舶、电子通讯、医疗器械、能源化工、暖通、流体控制设备、LED半导体行业等。软件可进行各种LED封装产品、航空航天灯、各种节能灯、LED发光管、车用灯具、显示屏等的热分析。

  为便于与实验测试进行比较,计算机仿真分析时,将环境温度设为15℃,得到的温度分布如图5所示(为便于查看,隐藏了透镜及其固定部分)。为了比较95 陶瓷灯具与铝制压铸灯具的热学性能,通过计算机仿真得到的温度分布如图6所示(灯具散热器材料为铝合金ADC12,灯座为PBT塑料,其余参数不变。)

  


  3.3 结果分析

  陶瓷灯具的灯座为95陶瓷材料(铝制压铸灯具的灯座为PBT塑料),各部件得到了充分的利用。实验测试时,1.0h基本达到热平衡,环境温度的算术平均值约14.4℃,将实验测试和计算机仿真的温度分布值进行分析比较,结果见表4所示。  


  计算机分析结果显示,自然对流情况下,95陶瓷灯具的热学性能不亚于铝制压铸灯具,陶瓷灯具可以充分利用各个零部件的几何特征,所以灯具的整体温度降低到了较低水平。

  4 陶瓷材料用于LED照明灯具的前景

  陶瓷的使用具有悠久的历史,现代工艺制备的陶瓷材料导热率较高,空气自然对流下,完全可以充当LED照明灯具的散热材料。氮化铝陶瓷可以直接作为封装晶架或线路层;氧化铝陶瓷价格便宜,烧结技术成熟,可釉成不同颜色,由于其电绝缘性能优良,并耐酸碱性,受到很多客户的青睐。但是,陶瓷材料并不是完美无瑕的,陶瓷散热器鳍片不能太薄(厚度≥1.5mm),密度稍大(约为铝的1.5倍),中高应力下会产生裂纹,无釉表面容易污染等。

  总的来说,陶瓷材料用于LED的前景良好,特别适于体积较小的照明灯具。

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