平板式大功率LED照明装置微热管散热方案
设计了一种新型的带有百叶窗的平板式大功率发光二极管(LED)照明装置。该装置采用高导热系数的铝基板作为多颗大功率LED的散热电路板，用0.4 mm 的铝片作为散热翅片，结合沟槽式微热管构成集发光与散热一体化的输入功率为21 W 的照明模组，该模组可根据照明亮度要求重构成不同功率的照明装置。
1 引 言
与在道路照明中使用量最大的高压钠灯相比，大功率LED作为照明装置具有色温可选、发光效率高、无需高压、超高亮度、显色性高及长寿命等优势。散热问题是限制大功率LED照明应用的最大障碍。经过研究了硅基多芯片的封装新方法，找到一种可以有效降低热阻的用于LED封装的金属粘结方法。即用竖直的碳纳米管作为粘结材料直接粘结在铝基板上，生长的碳纳米管作为热边界材料，得到了较好的散热效果。并开发了一种新型热沉来实现大功率LED的冷却。还提出了一种LED的热管散热模型，结点温度和热阻都得到了较大的降低。研究了将LED粘结在微热管上的散热性能，微热管能使芯片温度降低更多。
利用动态电学测试方法测量大功率LED热阻和结温的原理、实验装置、测量步骤和影响测试结果的因素。针对利用有限元模拟分析了工作过程中的温度和热应力分布，并测试了实际器件表面特征点的温度变化。设计了大功率LED阵列封装的微通道冷却结构，探讨了各参数对LED多芯片散热效果的影响。研究了微喷射流的大功率LED主动散热方案，实现大功率LED芯片组的高效散热。采用有限体积数值模拟、瞬态热阻测试方法以及热沉温度-峰值波长变化的关系，对3 种散热基板上大功率lGaInP 红光LED进行了热特性分析。提出了一种新型结构的回路热管，并建立了其性能测试实验装置。
目前，国内外的研究多集中在LED 热阻、结温测量及利用封装方法降低热阻等方面。本文针对大功率LED 的照明应用需求，提出了一种集成微热管的新型百叶窗式的大功率LED 照明装置模块化结构设计方案，并对其散热性能进行模拟分析和实验研究。
2 大功率LED 照明装置模块化结构
图1(a)为大功率LED 照明装置结构及散热风道示意图。照明装置采用模块化的设计方法，每排LED都是1 个照明模组，可以单独使用，总共由7 个模组组成，如图1(b)所示。照明装置分前舱和后舱两部分，前舱装有LED 及电源，设计成全密封结构；后舱安装散热模块，左右及下壁面开有散热用百叶窗结构。翅片自然对流散热的风道经过优化设计，风可以从照明装置翅片舱的任意一侧流入，从另一侧流出，同时翅片的上表层也可以和周围的空气进行对流散热。LED 照明装置结构的整体尺寸为328mm×480mm×84 mm，模块的基座尺寸为22mm×205 mm，微热管直径为6 mm，单片翅片的尺寸为35 mm×66mm×0.4 mm，翅片间距为3 mm。
在每个照明模组中，LED阵列焊接在铝基电路板上，铝基电路板下面由挤压铝型材板作为支撑。微热管一端与铝型材板下表面半圆孔利用过渡配合方式进行固定；另外一端套装上铝翅片并焊接牢固，为了减小接触热阻，它们之间采用高导热焊料焊接。铝基电路板和挤压铝型材采用螺钉连接，中间涂有硅胶。
