非金属基导热材料对HPLED散热性能影响

导热材料、散热性

技术专栏

TechnologyColumn

非金属基导热材料对HPLED散热性能影响

钟道远,吴建生

(上海交通大学材料科学与工程学院,上海201100)

摘要:由于光电转换效率较低,(HPLED)灯光输出量的主要瓶颈,使有效减少HPLED。研究,LED处时对灯具散热情况的影响,,在其相变转化料。。

关键词:非金属基导热界面材料;第二界面;散热性能;大功率发光二极管中图分类号:TN304　　文献标识码:A　　文章编号:10032353X(2009)0220161204

EffectofNonmetallicThermalConductiveMaterialsonThermolysis

PropertyofHPLED

ZhongDaoyuan,WuJiansheng

(SchoolofMaterialsScienceandEngineeringofShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai201100,China)

Abstract:Becauseoflowphotoelectricconversionefficiency,HPLEDproduceexcrescentquantityofheatbecomesthemainbottleneckofincreasinglightoutputpervolume.ItisimportanttoreducethethermalcontactresistanceofallinterfacesinthethermalcircuitofHPLEDlamp.TheeffectofnonmetallicthermalconductiveinterfacematerialsontheheatdissipationofHPLEDlampmodelwasstudiedatthesecondinterfaceunderdifferenttemperatures.Experimentresultsshowthatthenonmetallicthermalconductiveinterfacematerialswithphase2changecharacterhasaspecialcriticalpointthatispriortothenonmetallicgraphiteinterfacematerialwhichiswithhigherthermalconductivecoefficient.Andthethermalcontactresistancebetween

thesecondinterfacematerialscangreatlyaffectthermalconductivecapabilityofthesematerials.

Keywords:nonmetallicthermalconductiveinterfacematerials;secondinterface;heatdissipation;HPLED

EEACC:2520

0　引言

HPLED在照明行业应用所面临的最大问题除

热形式与外界进行能量交换。如何解决HPLED的散热问题是一个系统工程,如提高HPLEDpn结及其封装材料的耐受温度的能力,减小HPLED热流回路上的热阻,增加在HPLED系统与外界环境系统对流换热或热传导换热的能力。本文以在实际使用中常见的线性阵列排布的HPLED投光灯模型为

SemiconductorTechnologyVol134No12　161　

价格相对较高外就是其散热问题。在目前的技术条件下,HPLED所消耗功率当中只有20%左右能转变为有效光输出[122],剩余的功率则转变为无效的

February　2009

导热材料、散热性

钟道远　等:非金属基导热材料对HPLED散热性能影响

实验对象,通过对在不同温度条件下模型的温升曲线变化进行了分析研究,重点考察了第二界面导热材料对HPLED模型灯的散热影响,以期为开发出更加质优价廉的导热材料,并为将其实际应用到HPLED灯中提供参考。

热源到模型对流换热表面的热流回路因热阻因素而产生的热量转移可表示为

ΦR=

R

(2)

式中:R为模型导热回路上的平均热阻;ΦR为模型导热回路上因热阻而分流的热量。

E=Δ。

根据能量守恒定律,可建立式(1)～(3)之间的关系

ΦS=ΦR+ΦE

(4)(3)

1　实验

热源采用PHILIPSLumileds公司的LXHL2

PW09LuexonIII的白光LED16颗,具体参数见图1

:;ΦE为

名义工作消耗总功率为,WHP,在恒温恒

在模型热流回路中热阻的构成,除各主要结构件所产生的热阻外,尚有两个因界面接触因素而产生的界面热阻,这里分别称为第一界面热阻和第二界面热阻,如图3所示。从热力学经典傅里叶经验

图1　Lumileds公司白光HPLED规格参数图Fig11　SpecificationsdiagramofwhitecolorHPLEDof

LumiledsCompany

公式,可知热阻与导热系数、厚度的关系为λ

式中δ为模型平均厚度。

R=

(5)

图2　温升实验图片

Fig12　Photographoftemperaturerisetest

图3　实用中HPLED热流方向示意图

Fig13　HPLEDthermalcurrentdirectionsinreality

因此,厚度对界面热阻成正相关性影响,导热系数成负相关性影响。由式(1)～(5)综合可知,在模型灯壳外表面相同位置测点温度的高低可以反映出界面热阻的大小,温度越高,则界面热阻越小,界面导热材料效果越好。

为对比不同材料的非金属基导热界面材料的导热性能对HPLED灯模型的散热影响,对第一界面导热材料均选用E350321低温快速固化单组分环氧胶,而第二界面所用材料如表1所示。表中:d为材料厚度;λ为热传导系数;Ra为单位面积热阻。

湿箱中采用绝热材料将模型与箱体隔开,以排除热传导对实验的影响。由于在25～80℃模型与环境之间的热辐射所交换的热量与对流换热交换的热量相比可忽略不计,因此可以将模型与外界的热量交换仅以对流换热来考虑。模型产生热量可表示为ΦS=kP=

-∑λ(1)An

n

式中:P为HPLED的实际工作功率;k为热转换系数;ΦS为HPLED单位时间内发出的总导热热量,λ为当量导热系数。

半导体技术第34卷第2期162　　

2009年2月

导热材料、散热性

钟道远　等:非金属基导热材料对HPLED散热性能影响

表1　实验中所用非金属基导热界面材料规格参数表

Tab11　Specificationslistofallnonmetallicthermalconductive

interfacematerialsinexperiment

材料名称

特点低温快速固化d/λ/(W m-1K

-1

)

(85℃以下

)

10102591

R

a/

(cm2 K W-1)

0127181

作用位置贴敷方式

E35032101020102011

第一界面点胶涂抹第二界面第二界面c60无回天1101导热硅脂

相变非金属基相变温度转导热复合材料:012Z5,XY方向50

01014第二界面片状贴敷

2　实验结果与分析

进行了恒温恒湿(60%)环境下的温升曲线测

试实验,以相变复合材料的相变转 …… 此处隐藏：3875字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……