基于熵产建模的大功率LED封装界面层裂传热性能研究

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kms2006
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为提高发光效率及光通量,需要在高集成度的照明产品中不断地注入更高电流,然而不断注入的电流将会导致LED芯片激活层产生更多的热量。大功率LED封装中芯片粘结层是芯片热量传递中关键部分,如果界面层裂出现在芯片粘结层上将直接造成芯片温度升高,从而诱发器件更多的失效模式,降低可靠性。研究表明基于热力学第二定律的熵产理论可以较好地实现系统或结构的传热特性分析,相比现有界面缺陷的研究方法,将表征结构传热特性的熵产理论引申到界面层裂结构演变与传热性能退化的关联机制研究上具有必要性和可行性。  本文针对大功率LED封装界面层裂在传热过程的影响性能进行研究,主要分析不同层裂结构在传热过程的影响规律以及根据不可逆热力学的熵产基本理论,从热力学第二定律出发,探讨不同层裂变化因素对LED封装界面热传递影响的变化原因。具体研究内容及主要结论如下:  首先,构建具有不同界面层裂结构的大功率LED封装三维热仿真模型,以空气空腔作为相应层裂的设定模式,分析芯片粘结层在不同层裂结构下对结温的影响规律并确定关键层裂变化因素。  其次,根据确定的层裂变化因素,从层裂的单元长度、厚度、界面位置及分布状态下,分析层裂因素在导热过程中的对应熵产特性;通过对导热过程熵产计算公式进行推算并建立芯片层熵产模型,从二维热仿真中获取芯片的温度分布并运用Matlab数值计算软件进行熵产的数值模拟。  最后,从熵产的有效传递热量损失角度探讨层裂变化因素对传热性能的影响机理,并利用正交实验设计对层裂的组合因素进行对比与分析。研究结果表明:在不同层裂结构对界面传热影响的仿真分析中,LED封装层裂对结温的影响,不能仅仅依靠层裂的大小来衡量,还需考虑层裂位置、形状以及分布情况等结构;针对不同层裂变化因素对芯片层的熵产分析,熵产的变化规律可以通过一元三次多项式y?ax3?bx2?cx进行表征;层裂因素影响芯片层的熵产越大,表明层裂变化因素对芯片的有效传递热量损失越大,造成芯片层在导递过程中热量的贬值,从而降低散热能力;对比层裂组合因素的温度特性,熵产特性更能直观地说明层裂多因素组合下对LED封装器件的传热性能影响变化。  利用热力学第二定律的熵产分析对大功率LED封装界面层裂结构在传热过程的影响机制进行研究,不仅具有一定科学意义,还为提升LED产品可靠性提供有力的理论支撑。
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