發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)憑借其高光效、長壽命、綠色節(jié)能、快速響應(yīng)、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于照明、裝飾和顯示等多種領(lǐng)域。在LED的各種封裝形式中,多芯片COB(Chip On Board)封裝憑借其封裝工藝簡單和散熱路徑短等優(yōu)勢,近年來獲得了更加快速的市場發(fā)展。然而由于COB封裝中的芯片分布密度大,導(dǎo)致了功率密度較高、芯片間熱耦合顯著、熒光粉自發(fā)熱明顯等問題,嚴(yán)重影響了 LED光源的使用壽命和可靠性,因此需要對COB-LED的熱性能進行系統(tǒng)分析和優(yōu)化。首先,對COB-LED樣品進行實驗測量與分析,根據(jù)模型的實際尺寸與測量結(jié)果在Icepak軟件中建立三維熱模型,使用該模型分析COB-LED的熱性能。結(jié)果顯示,封裝結(jié)構(gòu)相同的白光LED 比藍光LED的透鏡表面溫度升高46.38 ℃,表明熒光粉存在自發(fā)熱效應(yīng),并導(dǎo)致結(jié)溫升高10℃,且熒光透鏡的最高溫在透鏡表面中心略靠下的位置。采用TracePro軟件建立光學(xué)仿真模型獲取自然對流情況下熒光透鏡結(jié)構(gòu)調(diào)整時的發(fā)熱功率,結(jié)合熱仿真模型使用單因素試驗分析了熒光膠層的摩爾濃度、厚度及其頂部和底部硅膠的涂覆厚度對透鏡最高溫度(TPmax)、芯片平均結(jié)溫(TJ)和色溫(CCT)的影響。其次,根據(jù)單因素試驗結(jié)果確定各因素的約束范圍,設(shè)計四因素五水平的正交試驗確定樣本數(shù)據(jù),基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機分別建立TPmax、TJ和CCT的預(yù)測模型并分析模型的預(yù)測精度。結(jié)果表明,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的模型預(yù)測結(jié)果與原始數(shù)據(jù)間的決定系數(shù)分別為0.98712,0.98879,0.97796;其均方誤差分別為0.00037,0.00637,0.00378。支持向量機訓(xùn)練的模型預(yù)測結(jié)果與原始數(shù)據(jù)間的決定系數(shù)分別為0.9915,0.99165,0.98157;其均方誤差為0.00034,0.00294,0.00094。無論從決定系數(shù)還是均方誤差看,支持向量機的預(yù)測精度都高于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),因此,將支持向量機建立的預(yù)測模型用于后續(xù)的優(yōu)化。最后,利用帶精英策略的非劣分類遺傳算法在Matlab中調(diào)用支持向量機預(yù)測模型并對該模型進行優(yōu)化。結(jié)果表明,在保證光色品質(zhì)的情況下,優(yōu)化后的芯片結(jié)溫雖然僅降低了0.4 ℃,但透鏡最高溫度降低了5.04℃。此外,本文還提供了3500 K～5000 K色溫下的最優(yōu)結(jié)構(gòu),在實際應(yīng)用中可根據(jù)不同的需求選擇不同的方案。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN312.8
【部分圖文】：

LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖:(a)正裝結(jié)構(gòu):(b)倒裝結(jié)構(gòu);(c)垂直結(jié)構(gòu)

由于ＣＯＢ封裝結(jié)構(gòu)中的芯片是直接貼在鋁基板上的，根據(jù)ＬＥＤ的熱阻分析??原理可知，ＣＯＢ－ＬＥＤ模組的散熱結(jié)構(gòu)主要包括ＰＮ結(jié)發(fā)光層、固晶膠、鋁層、??導(dǎo)熱硅脂和熱沉，其簡化結(jié)構(gòu)如圖２－２所示。??Ｂ＿＿ｊ?ｒ，?????１?Ｒ＇??Ｉ?，?Ｉ??Ｉ??Ｊ?Ｕ?Ｕ?Ｕ?ＬＪ?ＬＪ?Ｕ?Ｕ??＿芯片?鑼阻焊層?＿銅層?［＾１??口硅膠?□導(dǎo)熱硅脂□介質(zhì)層?＆??１１圍壩?□熱沉?□鋁層?＊?７＼??圖２－２?ＣＯＢ－ＬＥＤ散熱結(jié)構(gòu)圖??１０??

三章ＣＯＢ－ＬＥＤ熒光透鏡的散熱分析??ＥＤ封裝樣品??勻摻雜熒光粉的硅膠透鏡在白光ＣＯＢ－ＬＥＤ封裝應(yīng)作了如圖３－１?（ａ）所示的白光樣品。同時，為確定效率和熒光粉的自發(fā)熱功率，同時制備了一種透鏡中完全相同的藍光樣品，見圖３－１?（ｂ）所示。在圖３ＬＥＤ芯片和ＣＯＢ－ＬＥＤ樣品的剖面結(jié)構(gòu)示意圖中，要內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并通過如圖３－１?（ｅ）所示的Ｏｌｙｍｐｕｓ，獲得了各層結(jié)構(gòu)的厚度。??－ＬＥＤ樣品中共含有４８顆正裝芯片，每顆芯片的尺寸芯片通過絕緣膠大致均勻地貼裝在尺寸為１３．５?ｍｍ中心區(qū)域，并通過引線鍵合技術(shù)使芯片形成４并１２樣品在額定狀態(tài)下的工作電流為２４０?ｍＡ。??（ａＩ（ｂ
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1 周旭;楊平;毛衛(wèi)平;肖原彬;;基于正交試驗法的COB-LED散熱器優(yōu)化設(shè)計[J];輕工機械;2018年04期

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1 韓變?nèi)A;COB-LED熒光透鏡的散熱分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

2 周旭;大功率COB-LED散熱研究及散熱器設(shè)計[D];江蘇大學(xué);2018年

本文編號：2873468