項(xiàng)目四照明散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄壹【知識(shí)目標(biāo)】貳【技能目標(biāo)】叁【任務(wù)導(dǎo)入與項(xiàng)目分析】肆【項(xiàng)目小結(jié)】伍【思考與練習(xí)】【知識(shí)目標(biāo)】壹照明散熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)了解照明燈具散熱原理，掌握基礎(chǔ)散熱知識(shí)散熱基礎(chǔ)知識(shí)掌握能夠分析并設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)中的散熱部分散熱設(shè)計(jì)分析能力熟悉照明領(lǐng)域中散熱器件所用材料類型散熱器件材料了解【技能目標(biāo)】貳1、能合理選擇散熱途徑和散熱材料；2、會(huì)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)散熱途徑與材料選擇技巧【任務(wù)導(dǎo)入與項(xiàng)目分析】叁散熱技術(shù)與LED性能高達(dá)70%-80%電能轉(zhuǎn)熱，散熱不佳致芯片溫度上升，影響光效與壽命。大功率LED散熱挑戰(zhàn)結(jié)溫高降光通量，熒光粉效率下滑，色溫受影響，散熱成產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸。散熱對(duì)LED的影響研究高效散熱材料與結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)大功率LED產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵。提升散熱能力策略任務(wù)一散熱基礎(chǔ)基于元器件應(yīng)力分析，與產(chǎn)品可靠性要求及失效率一致最高允許溫度計(jì)算控制產(chǎn)品內(nèi)部電子元器件溫度，確保不超過(guò)規(guī)定最高溫度散熱目的任務(wù)一散熱基礎(chǔ)：熱量傳遞的三種基本方式熱傳導(dǎo)散熱基礎(chǔ)熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射是熱量傳遞的三種基本方式，熱傳導(dǎo)在固體中為主，對(duì)流在流體中顯著，輻射則無(wú)需介質(zhì)熱傳導(dǎo)特性熱傳導(dǎo)需溫差驅(qū)動(dòng)，速率取決于溫度場(chǎng)分布，固體中電子與晶格振動(dòng)主導(dǎo)，液體中分子熱運(yùn)動(dòng)傳遞，氣體靠分子碰撞遷移能量任務(wù)一散熱基礎(chǔ)：熱量傳遞的三種基本方式熱對(duì)流是熱量通過(guò)流動(dòng)介質(zhì)傳播的現(xiàn)象，影響火災(zāi)發(fā)展，與溫差、導(dǎo)熱系數(shù)等因素相關(guān)熱對(duì)流任務(wù)一散熱基礎(chǔ)：熱量傳遞的三種基本方式熱輻射熱輻射定義熱輻射是物體因自身溫度向外發(fā)射能量，不需媒質(zhì)，以電磁輻射形式傳遞，溫度高輻射強(qiáng)，波長(zhǎng)隨溫度變化熱傳遞方式對(duì)比熱輻射與熱傳導(dǎo)、對(duì)流不同，能在遠(yuǎn)距離無(wú)媒質(zhì)傳熱，如太陽(yáng)熱量經(jīng)宇宙空間傳至地球，是遠(yuǎn)距離傳熱主方式任務(wù)一散熱基礎(chǔ)：散熱設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)包括單板、散熱器、風(fēng)扇、導(dǎo)熱界面材料、換熱器、熱管、均溫板和冷板，這些都是散熱設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵組件散熱基礎(chǔ)PCB是印制電路板，俗稱單板，是電子元器件連接的關(guān)鍵部件單板(PCB，PWB)散熱器（heatsink，finstack）散熱器通常由鋁銅制成，具有翅片形狀，用于增大與外界的接觸面積，促進(jìn)熱量散逸風(fēng)扇，風(fēng)機(jī)（fan，blower，airmover）風(fēng)扇是用來(lái)加速空氣流動(dòng)的部件。又稱為風(fēng)機(jī)。分為軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇。任務(wù)一散熱基礎(chǔ)：散熱設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)導(dǎo)熱界面材料用于填充剛性固體接觸面的縫隙，包括導(dǎo)熱襯墊、硅脂和凝膠等導(dǎo)熱界面材料（thermalinterfacematerial，tim）換熱器是散熱器的一種，通過(guò)冷卻液體間接降低熱源溫度換熱器（heatexchanger）熱管和均溫板是高效傳熱部件，廣泛應(yīng)用于高功率密度場(chǎng)景熱管和均溫板（heatpipeandvaporchamber）冷板是液冷系統(tǒng)中用于散熱的結(jié)構(gòu)件，常用于CPU、GPU等消費(fèi)電子冷板（coldplate）任務(wù)二散熱途徑與材料選擇散熱目的與溫度控制散熱的目的是控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在所處的工作環(huán)境條件下不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范所規(guī)定的最高溫度0102最高允許溫度計(jì)算最高允許溫度的計(jì)算應(yīng)以元器件的應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，并且與產(chǎn)品的可靠性要求以及分配給每一個(gè)元器件的失效率相一致任務(wù)二散熱途徑與材料選擇：照明燈具的散熱途徑LED技術(shù)廣泛應(yīng)用于顯示屏、裝飾彩燈及車燈，深入生活各個(gè)領(lǐng)域LED技術(shù)的廣泛應(yīng)用LED散熱途徑包括直接散熱和通過(guò)基板至電路板散熱，散熱效率受系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響LED散熱途徑與瓶頸LED散熱方法包括空氣散熱、系統(tǒng)電路板導(dǎo)熱、金線導(dǎo)熱和共晶Flipchip通孔導(dǎo)熱LED散熱方法任務(wù)二散熱途徑與材料選擇：照明燈具的散熱途徑LED散熱基板材料與封裝方式散熱途徑主要通過(guò)LED芯片基板到系統(tǒng)電路板散熱，包括直接散熱和通過(guò)電極金屬導(dǎo)線散熱材料選擇芯片基板材料熱散能力關(guān)鍵，共晶或覆晶接合方式提升電極導(dǎo)線散熱效率任務(wù)二散熱途徑與材料選擇：照明燈具的散熱材料LED照明市場(chǎng)的發(fā)展前景LED照明以其高適應(yīng)性、長(zhǎng)壽命和高效率，有望替代傳統(tǒng)照明，市場(chǎng)前景廣闊任務(wù)二散熱途徑與材料選擇：照明燈具的散熱材料導(dǎo)熱封裝樹(shù)脂的選擇與應(yīng)用散熱途徑利用導(dǎo)熱封裝樹(shù)脂作為散熱器，傳導(dǎo)設(shè)備熱能至環(huán)境，適用于LED裝置，促進(jìn)光提取材料選擇選擇基礎(chǔ)樹(shù)脂、硬化劑和添加劑如環(huán)氧、聚氨酯、硅樹(shù)脂，形成導(dǎo)熱填料，滿足不同應(yīng)用需求任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)大功率LED燈散熱技術(shù)包括散熱片、熱管、均溫板等散熱技術(shù)概述散熱片通過(guò)擴(kuò)大表面積將熱量散發(fā)到環(huán)境中，影響因素眾多散熱片散熱原理熱管利用液相循環(huán)導(dǎo)熱，均溫板為面?zhèn)鳠?，提高散熱均勻性熱管與均溫板輻射涂覆層和導(dǎo)熱膏、墊片用于提高散熱效率和減小接觸熱阻其他散熱方法任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：3.1熱分析工具熱分析軟件種類及特點(diǎn)熱分析軟件種類ANSYS、FLUENT、EFD、ICEPAK及FloTherm為主流選擇，各具特色，適用不同場(chǎng)景與需求EFD軟件特性嵌入PRO/E等CAD軟件，建模便捷，適合初步計(jì)算，但資源消耗大，精度有限ICEPAK軟件優(yōu)勢(shì)集成于ANSYSWB12.1，簡(jiǎn)化復(fù)雜曲面處理，快速計(jì)算復(fù)雜網(wǎng)格，操作效率高FloTherm應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ｉL(zhǎng)于電子設(shè)備散熱分析，曲面處理能力需提升，針對(duì)性強(qiáng)ANSYS與FLUENT定位學(xué)術(shù)研究首選，追求高精度理論計(jì)算，ANSYS以有限元法著稱，適合專業(yè)用戶任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：3.2大功率LED燈的熱分析步驟包括建立簡(jiǎn)化模型、設(shè)置邊界條件、劃分網(wǎng)格并計(jì)算分析步驟概述運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)大功率LED燈進(jìn)行熱仿真分析LED燈熱分析研究任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：3.2大功率LED燈的熱分析燈具物理模型大功率LED燈結(jié)構(gòu)由LED燈珠、燈蓋、皮墊、反光鏡、電路板、散熱片及電源組成，燈珠采用集成式封裝，含9個(gè)GaN藍(lán)光芯片，三串三并連接，表面涂熒光粉，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，銀膠固定于銅熱沉散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱沉與線路板通過(guò)導(dǎo)熱硅膠相連，線路板與散熱片通過(guò)螺釘固定，中間層涂覆導(dǎo)熱硅膠以減小接觸熱阻任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：3.2大功率LED燈的熱分析燈具熱網(wǎng)絡(luò)模型散熱途徑主要通過(guò)芯片至散熱片的路徑散熱，涉及熱沉、導(dǎo)熱硅膠和線路板模型簡(jiǎn)化LED燈珠透鏡簡(jiǎn)化為長(zhǎng)方體，銀膠和導(dǎo)熱硅膠簡(jiǎn)化為薄板，優(yōu)化計(jì)算任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：3.2大功率LED燈的熱分析燈具熱分析熱源定義每個(gè)芯片功率1.5W，效率20%，發(fā)熱功率1.2W，定義totalheat為1.2W環(huán)境條件隧道燈應(yīng)用，最高溫度不超100℃，自然對(duì)流，環(huán)境溫度25℃，箱體六面為opening材料特性依據(jù)實(shí)驗(yàn)及手冊(cè)，確定材料特性，進(jìn)行網(wǎng)格劃分與穩(wěn)態(tài)計(jì)算溫度分布最高溫度76.23℃位于芯片，可能超最大結(jié)溫80℃，散熱需改進(jìn)散熱問(wèn)題線路板厚導(dǎo)熱差，散熱層多形成瓶頸，影響熱量傳導(dǎo)任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：3.2大功率LED燈的熱分析改進(jìn)設(shè)計(jì)散熱技術(shù)分類主動(dòng)式散熱含熱管、風(fēng)扇等，被動(dòng)式散熱依賴空氣自然對(duì)流，如散熱片線路板挖空方案減少線路板層和導(dǎo)熱硅膠層，熱沉直連散熱片，有效提升熱傳導(dǎo)效率，結(jié)點(diǎn)溫度降至51.1226℃散熱片優(yōu)化方案優(yōu)化散熱片尺寸，最佳配置為A=2mm，B=6mm，C=6mm，H=60mm，結(jié)溫降至70.97℃，降低5.35℃任務(wù)三散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：3.2大功率LED燈的熱分析加裝熱管方案熱管導(dǎo)熱，芯片結(jié)溫降低2.24℃，熱管安裝位置和尺寸調(diào)整可進(jìn)一步優(yōu)化散熱界面材料優(yōu)化方案提高界面材料導(dǎo)熱率，大幅降低結(jié)溫，關(guān)注材料設(shè)計(jì)與選擇，減少熱傳導(dǎo)瓶頸加裝風(fēng)扇方案加裝風(fēng)扇顯著降低芯片溫度，0.02kg/s流量下降低16.01℃，需解決風(fēng)扇壽命與重量問(wèn)題均溫板設(shè)計(jì)方案均溫板二維傳熱，結(jié)溫降至71.09℃，降低5.15℃，平面溫度均勻，散熱效果佳【項(xiàng)目小結(jié)】肆LED燈具散熱設(shè)計(jì)關(guān)鍵散熱技術(shù)是LED照明燈具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，良好的散熱效果是照明燈具性能及使用壽命的保證LED照明散熱技術(shù)通過(guò)掌握散熱材料的熱學(xué)、光學(xué)參數(shù)，借助分析模型和散熱仿真軟件，模擬分析LED燈具的熱量分布散熱材料與仿真只有充分了解LED燈具熱量產(chǎn)生及傳遞的路徑，散熱技術(shù)方案的設(shè)計(jì)才會(huì)更有針對(duì)性散熱方案設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)與散熱設(shè)計(jì)是息息相關(guān)的，需要綜合考慮綜合設(shè)計(jì)考量01020304【思考與練習(xí)】伍照明燈具散熱設(shè)計(jì)與分析照明