大功率LED粘结材料及热沉材料热分析

大功率LED粘结材料及热沉材料热分析Thermal Analysis of High-power LEd's Bond and Heat sinks Material李珅1李春明1王保柱!王秀朋2韩冰Li Shen Li Chunming Wang Baozhu Wang Xiupeng Han Bing大功率粘结材料及热沉材料热分析(1河北科技大学信息科学与工程学院河北石家庄050018;2河北医科大学第一医院,河北石家庄050018)(1. Institute of Information Science and Engineering, Hebei University of Science and Technology, Hebei Shijiazhuang 0500182. First Hospital of Hebei Medical University, Hebei Shijiazhuang 050018)要:本文介绍了 ANSYS有限元分析软件在大功率LED封装材料热分析中的应用,同时对1WLED的封装结构进行了热模拟分析,比较了3种不同的粘结材料和3种不同的热沉材料对LED封装结构的温度场分布,并对所模拟出的温度分布进行对比。结果表明,提高封装的粘结材料和热沉材料的导热率能够有效地降低芯片温度,从而提高LED的使用寿命。关键词:大功率发光二极管;有限元;热分析中图分类号:TN3128文献标识码:A文章编号:16714792(2010)6-009103Abstract: This article describes the finite element analysis software of ANSYS in the high-power LED thermal analysis of packaging s material. It analysis the IW LEDs packaging structure of the thermal simulation. It compares three different adhesive and heat sinkmaterials'temperature distribution of LED's packaging structure. Then it simulates the temperature distribution in comparison. The re-sult show that improve the packaging materials and heat sink materials thermal conductivity can effectively reduce the chip temperature, then increase lEds life.0引言1.1几何模型绿色照明”是国内外照明领域提出的一个新概念。因对于LED封装,其基板的形状多种多样,在热分析中只此,研究发光效率高寿命长、显色指数高环保的新型LED需考虑芯片附近的情况。因此在本文中,把基板简化成一个照明对节能具有十分重要的意义。与传统照明技术相比,长方形薄板来进行热分析。由于是大功率LED在实际的应LED的最大区别是封装的结构和材料不同它是一种将电能用中,基板的下面一般会装有散热装置来对其进行散热。本直接转化为光能的半导体器件。LED对温度非常敏感温度文将LED的封装进行简化选用的LED为1W,芯片尺寸为上升会直接影响发光效率。当温升达到一定值时还会使封装1mmx1mmx0.25mm,周围环境温度设为25℃.在有限元分树脂与荧光粉等材料的物理性能发生变化,从而影响整个析中,将大小为40x109wm3的生热率载荷施加到芯片LED的使用寿命和工作可靠性因此对LED封装结构和材上;同时基板侧面的空气对流系数为10W(m2K),下表面料的研究变得非常关键。的空气对流系数设置为2000W(m2K)来近似代替散热器的目前已经出现多种芯片封装连接技术比较常见的是低散热效果.分析温度场时采用稳态热传导分析啊本文主要考温烧结技术它和以往的引线键合连接方式相比结构上更虑芯片粘接层基板这一热传导路径。图一所示为W加简单,同时具有良好的导电性和导热性本文利用 AN- LED封装结构的几何模型。SYS00有限元分析软件针对WLED从芯片-粘接材料12有限元热分析过程基板这一基本结构对几种不同的粘结材料和基板材料进行V中国煤化工匀各向同性粘接良比和分析,从而得出适合大功率LED封装叩材料。好CNMH界面材料(Sn20A0801有限元分析Sn63Pb37和银导电胶)的温度场分布和3种热沉材料Cum1p-sRsAa锐原杯下度分有MHs结构福分本CR前均要分机图二不同粘结材料下的结构温度分布图图一1wLED封装结构Ag和AsC的温度分布。表一为所需材料的导热率参数。表LED封装中材料热导率材料导热*W(m2K)410AISO20Sn20Au80王南Sn63Pb37图三不同的粘结材料沿着Z轴正向厚度温度变化13有限元分析结果对于不同的材料,经过 ANSYS有限元分析模拟可以得出温度场的不同分布。虽然这并不是LED器件内部的实际温度,但能大概得到其相对分布情况。2粘结材料分析在LED的封装设计中,粘结材料的选择对于解决LED图四不同基板的结构温度分布图的散热起着很重要的作用。由 ANSYS模拟分析,我们可以得出:粘结材料的导热率越高,LED的散热效果越好。其中图二为不同粘结材料下的结构温度分布图,图三为不同粘结材料下芯片沿着Z轴正向的温度变化。3基板材料分析在LED的封装设计中,基板材料的选择同样对解决LED的散热起着至关重要的作用。由 ANSYS模拟分析得出:基板材料的导热率越高LED的散热效果越好。其中图四为不同基板材料下的结构温度分布图,图五为不同基板材料下芯片沿着Z轴正向的温度变化H中国煤化工CNMH厚度温度变化4结束语电器件,2005(4):314316本文运用 ANSYS100有限元分析软件,针对WLED[2]余彬海,李舜勉功率LED芯片键合材料对器件热特从芯片粘接材料基板这一基本结构,对不同的粘结材料性影晌的分析与仿真门佛山科学技术学院学报自然科学夯和基板材料在芯片正常工作达到稳态后的热传导进行了模版200523(4):1417拟,通过对比结果,可以得出:在LED封装设计中,粘结材料[3]钱可元慧颖大功率白光LED封装技术的研究半和基板材料的选择对解决LED的散热起着至关重要的作导体光电200526(2):118120.用。由 ANSYS模拟得到材料的导热率越高,LED的散热效[4]马泽涛朱大庆王晓军一种高功率LED封装的热分果越好。所以,在LED封装中一定要选择导热率较高的材析半导体光电200,27(1):16-18料及热沉料,同时要综合考虑到诸如价格热膨胀系数等多方面因素通过该仿真模拟,可以为进一步进行散热器的设计提供良好作者简介的基础李王(1985-),男,河北科技大学研究生,主要研究方分向:电路与系统;参考文献李春明(1972-),女,河北科技大学信息学院副教授,主[]李炳乾W级大功率白光LED发光效率研究[光要研究方向:电路与系统。中国煤化工CNMHG