关于大功率LED热力学与光学的稳态分析与仿真
关于大功率LED热力学与光学的稳态分析与仿真 关于大功率LED热力学与光学的稳态分析与仿真 LED行业在如今混乱的市场竞争上，早已经“封装”成灯珠、散热器、驱动三块了。买灯壳和驱动、铝基板+灯珠就完美的从任何企业向LED照明行业进军了。包括一些上市公司、中型企业、小型企业，都在实则上放弃研发了。把精力用在市场低价竞争上，稍微好一点的吧，把精力用在工业设计、结构上，以求取得一席位置。LED的大环境如此，造成了各种行业内不断的恶性竞争和操作上的弄虚作假，而我本人喜欢实话实。
好吧,废话少说。开始我的simulation吧。
其实，自LED衬底、外延、到封装、光源、照明灯具、应用环境、照明评价，等都可以从光学，力学、电学、热学方面，完成数学模型的建立以及仿真。对于开发人员来说，可以减少90%以上试验费用，缩短90%以上的开发时间。
再一次原谅我买不起外星人这样的本本，行业软件质量又比较大，小本本卡的本文只选取小部分的仿真了。
芯片手上有铜衬底和硅衬底的，由于铜衬底在外延层之间因热膨胀系数问题会在结区复合时有过大的微应力，需要在外延后生长或离子溅镀一层镍作缓冲层，再生长CU。就算外延做了粗化，切割，出光还是硬伤。除非将外延做大，生长CU洗去边缘，补充AG后再作离子溅镀回CU，最后研磨，这样或许可补充一下缓冲材料带来的光损。废话不说了，我又没MOCVD，又没科研经费，吹多了牙痛。仿真还是用硅衬底的吧，使用COB封装，使用了共晶铜铝尖晶石基板，高导银浆固晶，热导率69，底层0.5。散热器用老土的太阳花散热器。稳态下，受荧光粉胶层低热导影响，热阻层太小可以忽略不计，但其中的荧光粉微粒，在受激激发及跃迁过程中，热量也会有积聚效应，在其它模拟里得出数据转成热阻大约为-3度，这里就不画荧光粉层了，钎焊层热阻值为2，这里也忽略，在最后结果中修正。上图：
尖晶石基板光源 用锡作钎料焊接于散热器上。散热器使用6063T1铝合金材料
整体就这个样子啦
进行分析的热影像如下 
器件中，温度最大为45，最小为30.5摄氏度。再外加荧加粉层和钎焊层热阻修正值后，温度最高处应为48度，最小的28.5度。（LED为45mil芯片。IF330mA,VF28.7V，室温为27摄氏度，无风自然敞开对流） 什么？大枫说25高的散热器，擦，10WLED，稳态下正面最高温度仅为48度？吹吧？好吧，有图有真相，实验室实测结果，在室湿27摄氏度下，正面最高温度为48.4度，边缘翅片温度为28.7。铝合金本色氧化了，E值采用0.95对成像影响不大，不必修正。实验结果与计算结果相符。 
分析后得知，采用此封装模式，热阻在芯片与基板之间值为7.7，基板与散热器之间值为13左右。此COB封装直接减小阻热层同时减轻热膨胀系数不均造成影响，在8.57K热流条件下，温度差值在其它模型上数值仅5.7.不会引起过大微应力，因此结论为：改善基板与散热器的连接方式，降低热阻，可提高可靠性。本基板已经采用钎焊方式连接，13的温差不会引起结构上较大的应力，所以本COB封装模式是合理的。 热挣脱对LED的失效模式分析 下面，再来研究一下，热挣脱条件下对LED温度的影响，数学模型建立是一堆长长的数字运算与公式，杨教授说过，不用管公式，重要的是物理意义。SO,这里直接跳过不说了，设挣脱值为原来1/4。其模型如下，最大温度为52.7，最小为30.9。此模式会引起连锁效应，将温差提高了将近四倍，微应力的数学模型，这里不列了，有兴趣可以翻下夏洛公式相关内容。想用实验测出的工程师们，可以用XRD方式测出。 
再假设，任由热挣脱发展，银浆的干涸后，会有怎样后果呢？同上，数学模型等长长公式不管，直接出图 
最高温度已经达519度。可以烤蕃薯啦……不过，从另一个角度说。519度，LED芯片并不一定会坏，荧光粉层，也不一定会烤焦，如果以点亮为目标的话，这里不存在任何问题。在冷热若干次后，荧光粉层会开裂，直到失效，看进来就像爆炸开一样…… 光学模拟透镜，反光器等光学模型就不建立了。这里，原谅我无辜的小本本吧。就直接加条上大下小的锥柱吧，随便的反光一下，收敛一下看看。
光斑如图，两米远，中心照度126 lux，直径8米，100lux以上的为一2米直径的圆。 不使用反射锥柱透镜的话，如下图
光斑直径10多米，中心照度80lux。结果与实验的一致。 光分布如下
原谅我的小本本吧，做不了后面光照明环境的仿真及照明评价了。这样不差不多了，谢谢观看……如有问题，欢迎指正交流。4057193
好吧,废话少说。开始我的simulation吧。
其实，自LED衬底、外延、到封装、光源、照明灯具、应用环境、照明评价，等都可以从光学，力学、电学、热学方面，完成数学模型的建立以及仿真。对于开发人员来说，可以减少90%以上试验费用，缩短90%以上的开发时间。
再一次原谅我买不起外星人这样的本本，行业软件质量又比较大，小本本卡的本文只选取小部分的仿真了。
芯片手上有铜衬底和硅衬底的，由于铜衬底在外延层之间因热膨胀系数问题会在结区复合时有过大的微应力，需要在外延后生长或离子溅镀一层镍作缓冲层，再生长CU。就算外延做了粗化，切割，出光还是硬伤。除非将外延做大，生长CU洗去边缘，补充AG后再作离子溅镀回CU，最后研磨，这样或许可补充一下缓冲材料带来的光损。废话不说了，我又没MOCVD，又没科研经费，吹多了牙痛。仿真还是用硅衬底的吧，使用COB封装，使用了共晶铜铝尖晶石基板，高导银浆固晶，热导率69，底层0.5。散热器用老土的太阳花散热器。稳态下，受荧光粉胶层低热导影响，热阻层太小可以忽略不计，但其中的荧光粉微粒，在受激激发及跃迁过程中，热量也会有积聚效应，在其它模拟里得出数据转成热阻大约为-3度，这里就不画荧光粉层了，钎焊层热阻值为2，这里也忽略，在最后结果中修正。上图：
尖晶石基板光源 用锡作钎料焊接于散热器上。散热器使用6063T1铝合金材料
整体就这个样子啦
进行分析的热影像如下 
器件中，温度最大为45，最小为30.5摄氏度。再外加荧加粉层和钎焊层热阻修正值后，温度最高处应为48度，最小的28.5度。（LED为45mil芯片。IF330mA,VF28.7V，室温为27摄氏度，无风自然敞开对流） 什么？大枫说25高的散热器，擦，10WLED，稳态下正面最高温度仅为48度？吹吧？好吧，有图有真相，实验室实测结果，在室湿27摄氏度下，正面最高温度为48.4度，边缘翅片温度为28.7。铝合金本色氧化了，E值采用0.95对成像影响不大，不必修正。实验结果与计算结果相符。 
分析后得知，采用此封装模式，热阻在芯片与基板之间值为7.7，基板与散热器之间值为13左右。此COB封装直接减小阻热层同时减轻热膨胀系数不均造成影响，在8.57K热流条件下，温度差值在其它模型上数值仅5.7.不会引起过大微应力，因此结论为：改善基板与散热器的连接方式，降低热阻，可提高可靠性。本基板已经采用钎焊方式连接，13的温差不会引起结构上较大的应力，所以本COB封装模式是合理的。 热挣脱对LED的失效模式分析 下面，再来研究一下，热挣脱条件下对LED温度的影响，数学模型建立是一堆长长的数字运算与公式，杨教授说过，不用管公式，重要的是物理意义。SO,这里直接跳过不说了，设挣脱值为原来1/4。其模型如下，最大温度为52.7，最小为30.9。此模式会引起连锁效应，将温差提高了将近四倍，微应力的数学模型，这里不列了，有兴趣可以翻下夏洛公式相关内容。想用实验测出的工程师们，可以用XRD方式测出。 
再假设，任由热挣脱发展，银浆的干涸后，会有怎样后果呢？同上，数学模型等长长公式不管，直接出图 
最高温度已经达519度。可以烤蕃薯啦……不过，从另一个角度说。519度，LED芯片并不一定会坏，荧光粉层，也不一定会烤焦，如果以点亮为目标的话，这里不存在任何问题。在冷热若干次后，荧光粉层会开裂，直到失效，看进来就像爆炸开一样…… 光学模拟透镜，反光器等光学模型就不建立了。这里，原谅我无辜的小本本吧。就直接加条上大下小的锥柱吧，随便的反光一下，收敛一下看看。
光斑如图，两米远，中心照度126 lux，直径8米，100lux以上的为一2米直径的圆。 不使用反射锥柱透镜的话，如下图
光斑直径10多米，中心照度80lux。结果与实验的一致。 光分布如下
原谅我的小本本吧，做不了后面光照明环境的仿真及照明评价了。这样不差不多了，谢谢观看……如有问题，欢迎指正交流。4057193
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