發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,LED）是一種可以將電能轉(zhuǎn)化成光能的電子元件。與傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈相比,LED具有體積小,功耗低,壽命長,反應(yīng)時間短,可靠性高,無污染等優(yōu)勢,因而,LED在不久的將來將會替代傳統(tǒng)光源,成為第四代新光源。但是,為了滿足不同場合對光源的需求,LED需要不同大小的功率,而隨著LED功率的升高,其自熱效應(yīng)越來越嚴重。如果芯片產(chǎn)生的熱量不能及時的傳導(dǎo)到外界,就會使結(jié)溫升高,導(dǎo)致LED的光效降低,波長紅移,壽命變短。所以,有效的熱管理是提高LED性能的最有效的方法。本論文通過使用COMSOL軟件,對集成LED芯片進行建模仿真,并對其散熱器尺寸參數(shù)和芯片結(jié)構(gòu)進行散熱分析和優(yōu)化。首先,本論文對LED的特點、基本結(jié)構(gòu)、工作原理進行了簡短的介紹,闡明了結(jié)溫升高對LED性能的一系列不利影響。同時介紹了LED的特性參數(shù)、熱傳遞原理、散熱理論和芯片的封裝結(jié)構(gòu)。并在此基礎(chǔ)上建立了集成LED芯片的三維模型。其次,本論文對市場上常見的三種散熱器結(jié)構(gòu)進行了仿真優(yōu)化。結(jié)果表明,平板式散熱器的最佳尺寸參數(shù)是:翅片長度為25mm,翅片數(shù)目為20個,翅片厚度和基板厚度對散... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

LED壽命隨結(jié)溫變化關(guān)系

第二章 集成 LED 芯片發(fā)光及散熱理論雜類型的半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就得到了 PN 結(jié)。由于 N 型半導(dǎo)體中電子多，空穴少，而 P 型半導(dǎo)體中空穴多，電子少，所以會產(chǎn)生擴散作用，N 型半導(dǎo)體中的電子會向 P 型半導(dǎo)體中擴散，P 型半導(dǎo)體中的空穴會向 N 型半導(dǎo)體中擴散[21]，因此在兩種材料接觸的地方形成耗盡層，耗盡層會產(chǎn)生一個反向電場，即勢壘區(qū)，勢壘區(qū)的內(nèi)部電場能夠阻止電子和空穴進一步的擴散，最后耗盡層不在擴大，達到一個平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)下能帶圖如圖 2-2（a）所示。通過理論和實踐我們得出，LED 發(fā)光的波長和半導(dǎo)體材料的帶隙寬度 Eg有關(guān)：Eg=hvq=hcλq2 1λ =hcqEg=1240Eg(2 2)式中，v 為電子運動速度；h 為普朗克常數(shù)；q 為載流子所帶電荷量；c 為光速；λ為光波長。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文中央，然后通過金線進行電氣 LED 芯片之間的串并聯(lián)連接。集成 LED 芯片包括寶石（Al2O3）襯底和產(chǎn)生光和熱的芯片有源層兩個部分。整個集成 LED 芯片通環(huán)氧樹脂封裝層進行可靠性封裝，并通過導(dǎo)熱硅脂固定在散熱器上，提高 LED片的散熱性能。LED 芯片散熱途徑主要有兩個：一個是熱量通過襯底和 PCB 板到達散熱器表，進而通過被動熱交換進行散熱，另一個是熱量通過封裝層向外界散熱，由于裝層主要材料是環(huán)氧樹脂，其熱導(dǎo)率很小，并且其厚度很大，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂封層的熱阻非常大，一般高于 200K/W，芯片通過環(huán)氧樹脂封裝層散出的熱量只有到總熱量的 1%，所以可以忽略不計[47]，于是為了簡化模型，我們在建模時將封層去掉，而使用熱絕緣邊界條件進行代替，同時，考慮到該集成 LED 芯片在幾結(jié)構(gòu)上具有對稱性，我們只對其四分之一進行建模仿真，這樣不僅可以縮短軟的求解時間和內(nèi)存的占用，而且不會影響 LED 熱分布分析的精度。使用OMSOL 建立三維集成 LED 芯片模型如圖 3-2 所示。


本文編號：3326792