緊湊型LED汽車前照燈散熱研究

緊湊型LED汽車前照燈散熱研究第一頁，共31頁。摘要：功率相同時(shí)，LED光源模塊的熱阻隨芯片數(shù)量的增加呈線性關(guān)系下降，芯片密度增加不會(huì)引起光子自吸收。使用一種特殊硅油封裝前照燈，采用9芯片封裝的光源模塊作為前照燈光源，進(jìn)行遠(yuǎn)光燈的散熱和配光設(shè)計(jì)，結(jié)果表明液體封裝遠(yuǎn)光燈光源散熱面積增加1倍以上，前照燈長43mm，直徑40mm，橢球型液體透鏡滿足GB25991-2010遠(yuǎn)光配光要求。231緒論LED汽車前照燈散熱技術(shù)分析LED光源模塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化54液體封裝遠(yuǎn)光燈散熱和光學(xué)設(shè)計(jì)總結(jié)第二頁，共31頁。1

緒論汽車前照燈發(fā)展歷程汽車前照燈的光源性能國內(nèi)外LED前照燈技術(shù)現(xiàn)狀LED前照燈現(xiàn)狀總結(jié)第三頁，共31頁。煤油燈乙炔燈1903冷光源白熾燈1925鹵素?zé)?959HID1995LED燈2007汽車前照燈發(fā)展歷程燃料光源電光源第四頁，共31頁。LED響應(yīng)速快(LED1ms內(nèi)、白熾燈200ms)、抗震、體積小、工作電壓低、電流小、綠色環(huán)保。汽車前照燈的光源性能第五頁，共31頁。2007年5月日本小糸和日亞化工研發(fā)的LED近光燈安裝在雷克薩斯LS600h上2008年奧迪R8安裝了Lumileds和Osram研發(fā)的全LED前照燈。2009年雷克薩斯RX450h、普銳斯、HS250h三款車安裝了LED前照燈。2011年奧迪R8安裝上Philips的LED光源作為前照燈。2012年奧迪A6、奔馳CLS350、寶馬6系列開始使用LED前照燈。國外LED前照燈技術(shù)現(xiàn)狀第六頁，共31頁。吉林東光瑞寶車燈有限責(zé)任公司基于奔騰B50車型研制的LED前照燈國內(nèi)LED前照燈技術(shù)現(xiàn)狀3個(gè)近光模塊2個(gè)遠(yuǎn)光燈模塊工作溫度90℃壽命10000h以上第七頁，共31頁。LED汽車前照燈最先在近光燈上得到應(yīng)用。LED汽車前照燈市場占有率極低。LED汽車前照燈技術(shù)水平低，散熱問題沒徹底克服造成。

國內(nèi)外LED前照燈現(xiàn)狀總結(jié)第八頁，共31頁。2LED汽車前照燈散熱技術(shù)分析

自然散熱散熱片材料散熱片結(jié)構(gòu)主動(dòng)散熱

風(fēng)冷

水冷

導(dǎo)體制冷熱管散熱第九頁，共31頁。自然散熱第十頁，共31頁。工作液體要求粘度小、密度小10個(gè)熱擴(kuò)散板，每個(gè)上固定3顆LED，2.7W/顆第一個(gè)熱擴(kuò)散板和最后一個(gè)熱擴(kuò)散板的溫度還有不足5℃液冷第十一頁，共31頁。25℃環(huán)境中，把18W的白光LED光源結(jié)溫降低到59.7℃。風(fēng)冷及熱管散熱第十二頁，共31頁。半導(dǎo)體散熱器是根據(jù)特殊半導(dǎo)體熱電效應(yīng)制作的散熱器件，散熱器可以做成片狀。直流電經(jīng)過P型半導(dǎo)體時(shí)吸收熱量形成冷端，在N型半導(dǎo)體上釋放能量形成熱端，冷端可以安裝LED光源。半導(dǎo)體散熱器可靠性高，體積小。半導(dǎo)體散熱第十三頁，共31頁。1每個(gè)燈具由幾種散熱方式組合完成。2這幾種散熱方式均從LED光源背光面，熱接觸面小。3

散熱不足加上想要的配光元件導(dǎo)致燈具體積龐大?？偨Y(jié)第十四頁，共31頁。2

LED光源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LED結(jié)溫對光電性能的影響芯片結(jié)構(gòu)對光源性能的影響

LED光源熱阻計(jì)算及分析LED光源光輻射試驗(yàn)及分析第十五頁，共31頁。光通量與結(jié)溫輻射波長與結(jié)溫正向電壓與結(jié)溫正數(shù)常量，負(fù)數(shù)常量LED結(jié)溫對光電性能的影響第十六頁，共31頁。圖1a.正裝芯片示意圖圖a為GaN襯底的LED芯片，芯片直接用導(dǎo)熱硅膠結(jié)合在小尺寸反光碗或載片臺(tái)上，光效受兩個(gè)因素制約：1.P—GaN導(dǎo)電效率低，在P電極和P—GaN之間加NiAu合金電流擴(kuò)散層，太薄會(huì)影響電流均勻度，但厚度增加吸收的光也會(huì)增加。2.藍(lán)寶石導(dǎo)熱能力差芯片結(jié)構(gòu)對光源性能的影響第十七頁，共31頁。

圖b也為GaN襯底的LED片，芯片直接貼裝到硅載體或PCB基板上，優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：1.用高反射率的金屬作接觸層提高了光的取出效率，采用0.12um厚的Ag和Al對470~520nm光的反射效率分別達(dá)96%和84%。2.P-N結(jié)到硅底板的熱阻小。

圖1

b.倒裝芯片示意圖芯片結(jié)構(gòu)對光源性能的影響第十八頁，共31頁。LED光源熱阻計(jì)算及分析芯片與環(huán)境之間溫度差(1)PN結(jié)到基板之間的熱阻(2)(2)式代入(1)式(3)光源的總熱阻(4)同一光源的芯片具有相同的幾何尺寸、相同的材料、相同的熱光電性質(zhì)，每個(gè)芯片的工作條件也相同，即每個(gè)芯片產(chǎn)生的熱量相同第十九頁，共31頁。LED光源熱阻計(jì)算及分析相同光源模塊材料、相同功率，光源模塊總熱阻隨封裝芯片數(shù)量的增加呈線性關(guān)系下降。光源模塊封裝結(jié)構(gòu)受封裝技術(shù)制約，模塊的芯片集成密度受引線及固晶技術(shù)限制，應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)能力下增加芯片集成密度。第二十頁，共31頁。溫度：25℃光源模塊：……結(jié)論：LED器件之間無光子吸收現(xiàn)象LED光源光輻射試驗(yàn)及分析第二十一頁，共31頁。1.倒裝芯片優(yōu)良的光電熱特性，適宜在大功率光源中采用。2.LED光源功率一定時(shí)，熱阻隨芯片數(shù)量增加呈線性關(guān)系下降。3.對芯片封裝的LED光源模塊，芯片之間無光子自吸收現(xiàn)象，光出射效率不會(huì)降低。4.遠(yuǎn)光燈或近光燈采用9顆1mm1mm，光通量1300lm。結(jié)論第二十二頁，共31頁。4遠(yuǎn)光燈配光和散熱設(shè)計(jì)光學(xué)

熱學(xué)緊湊型LED前照燈第二十三頁，共31頁。散熱結(jié)構(gòu)合理散熱材料熱傳導(dǎo)、熱對流及熱輻射能力強(qiáng)與出光面接觸的散熱材料有良好光學(xué)特性與出光面接觸的散熱材料化學(xué)特性良好與出光面接觸的散熱材料不損傷光源表面光源模塊全表面散熱措施4遠(yuǎn)光燈配光和散熱設(shè)計(jì)第二十四頁，共31頁。液體遠(yuǎn)光燈散熱方案

LED光源模塊熱阻為12℃/W

銅棒長8mm，直徑10mm，熱阻為1.28℃/W外殼厚度很小，熱阻可以忽略不計(jì)

液體通過熱傳導(dǎo)熱熱對流兩種散熱，溫度分布不均勻、形狀不規(guī)則，不能通過計(jì)算得到散熱性能數(shù)據(jù)，可以通過測量光源溫度得到其散熱效果。第二十五頁，共31頁。光通量隨結(jié)溫變化LED光源液體遠(yuǎn)光燈散熱方案第二十六頁，共31頁。液體封裝LED遠(yuǎn)光燈照度分布入射光通量：1130.28lm光能利用效率：86.94%液體遠(yuǎn)光燈配光設(shè)計(jì)第二十七頁，共31頁。液體封裝LED遠(yuǎn)光燈仿真結(jié)果（單位lx）液體遠(yuǎn)光燈配光設(shè)計(jì)第二十八頁，共31頁。5

總結(jié)

前照燈適宜采用