1 模型的建立

　　LED 输入功率为1 W，电光转换效率为15%，芯片尺寸为0. 001 m ×0. 001 m，基板和金属线路板的尺寸为0. 03 m ×0. 03 m，周围环境温度为298 K，器件与外界的自然热对流系数为15 W/ ( m2·K) . 由于封装透镜采用的是环氧树脂材料，其热导率只有0. 2 W/ ( m·K) ，因此芯片通过透镜的散热量基本上可以忽略，芯片产生的热量，主要是先传给金属基板和散热器，再通过对流向空气散热. 为了简化模型，不考虑封装过程各层之间的附加接触热阻，分析温度场时采用稳态热传导分析，LED 施加的载荷是体载荷，即将8. 5 × 10 - 9W/m3 的热生成率施加在芯片上. 以OSRAM 公司的Golden Dragon1W 白光LED 器件( 型号LWW5SG) 安装在0. 03 m × 0. 03 m 金属线路板进行仿真测试，结温为359. 14 K，其热阻计算式:

　　Rth = ( Tpn - T环境) /p = ( 359. 14 - 298) /1 × 0. 85 = 71. 93( K/W)

　　式中: Tpn为结温; T环境为环境温度; p 为流经介质的热功率.

　　所得数值和文献[6] 中提到的66. 12 ( K/W) 很接近，说明了本文ANSYS 仿真的精确性和模型建立的合理性.

　　2 封装结构对LED 散热的影响

　　2. 1 3 种典型的封装结构

　　目前，LED 有3 种典型的封装结构:

　　1) 基于金属线路板的封装结构. 该封装结构是将器件直接组装在金属线路板上，形成功率密度LED，金属线路板是采用铝或铜金属作为电路板底材，可作为散热热沉使用，在基板上覆一层几毫米厚的铜箔作线路. 由于铝本身为导体，铝基板与铜箔之间必须采用一介质作绝缘，由于低热导率介质绝缘层的存在使得金属线路板热导率有效值约为178 W/m·K，模拟结构图如图1( a) 所示.

　　2) 传统的正装结构，如Norlux 系列. 该结构以铝板作为底座，发光区位于其中心部位，铝板同时作为热沉，模拟结构图如图1( b) 所示.

　　3) 倒装结构，如LUXEON 系列. 该结构将芯片倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅基座上，然后把完成倒装焊接的硅基座装入热沉与管壳中，键合引线封装，模拟结构图如图1( c) 所示