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上篇 LED热设计基础3

第1章 引言3

1.1 LED技术的发展3

1.2 LED的失效6

1.2.1 机械失效7

1.2.2 腐蚀失效8

1.2.3 电气失效9

1.2.4 光学失效9

1.3 热设计的重要性10

1.4 热设计流程10

第2章 传热学基础13

2.1 热与能量13

2.2 能量传递与传热14

2.3 基本定律15

2.3.1 热力学第一定律15

2.3.2 质量固定的传热16

2.3.3 体积固定的传热17

2.4 传热机理19

2.4.1 热传导19

2.4.2 热对流24

2.4.3 热辐射27

2.5 热阻网络热设计29

2.5.1 热阻的概念29

2.5.2 扩散热阻31

2.5.3 接触热阻及热界面材料33

2.5.4 热阻网络35

2.5.5 常用散热器38

2.6 计算机模拟热设计简介48

2.7 几种先进的冷却技术50

2.7.1 相变散热与热管50

2.7.2 液体冷却与器件51

2.7.3 热电冷却与器件52

2.7.4 电流体流动散热54

第3章 LED芯片与热性能57

3.1 LED基本原理57

3.1.1 双异质结结构LED原理58

3.1.2 量子阱结构LED原理60

3.2 芯片62

3.2.1 LED衬底材料与芯片结构62

3.2.2 功率型LED芯片63

3.3 LED芯片热特性68

3.3.1 结温与热阻68

3.3.2 光通量与温度的关系69

3.3.3 辐射波长、色温与温度的关系70

3.3.4 正向电压与温度的关系70

3.3.5 寿命与温度的关系71

第4章 LED封装与热设计73

4.1 封装的层级73

4.2 LED的封装74

4.2.1 LED封装的作用74

4.2.2 设计的基本要素75

4.2.3 封装的基本材料及原理76

4.2.4 LED封装基本工艺流程85

4.2.5 封装的基本设备86

4.2.6 封装的基本结构92

4.2.7 减小封装热阻的基本方法93

4.2.8 LED芯片焊接及新型粘接技术94

4.2.9 芯片焊接质量的评估102

4.2.10 芯片固晶的可靠性105

4.3 功率型LED封装106

4.3.1 Luxeon系列LED的封装结构106

4.3.2 Golden Dragon系列LED的封装结构107

4.3.3 XLAMP系列LED的封装结构107

4.3.4 多芯片LED光源模组封装108

4.4 LED芯片级封装111

4.4.1 芯片级封装LED器件111

4.4.2 集成封装倒装LED光源模组113

4.4.3 高压倒装LED光源模组113

4.5 封装中的热设计115

4.5.1 热设计的分级115

4.5.2 LED器件的典型散热通道116

4.5.3 封装中的热设计方法117

第5章 LED光源组件与灯具热设计124

5.1 LED照明组件与灯具的定义124

5.1.1 LED照明模组124

5.1.2 LED照明光源125

5.1.3 LED灯具125

5.2 典型LED灯具130

5.2.1 LED射灯130

5.2.2 LED球泡灯132

5.2.3 LED灯管133

5.2.4 LED筒灯134

5.2.5 LED路灯135

5.3 LED灯具热设计基础136

5.3.1 LED灯具设计简述136

5.3.2 热设计目标和原则144

5.3.3 热设计流程144

5.3.4 典型散热器材料与结构145

5.3.5 热沉热阻分析147

5.4 LED灯具热设计实例147

5.4.1 使用翅片散热器的大功率LED路灯光源组件147

5.4.2 灯丝型LED球泡灯150

5.4.3 地铁用LED灯管154

5.4.4 LED投光灯156

5.4.5 球泡灯照明模组的辐射散热160

中篇 LED热特性测试方法及测试平台165

第6章 LED器件的瞬态热测试方法165

6.1 LED器件瞬态热测试的步骤165

6.1.1 LED器件温度敏感参数的测量和校准165

6.1.2 LED器件的瞬态热测试167

6.1.3 结构函数的理论基础173

6.1.4 LED器件的电、光、热联合测试平台的实现189

6.2 结构函数的应用和案例分析193

6.3 对LED整灯进行瞬态热测试的测试案例199

第7章 LED器件瞬态热测试的实际操作205

7.1 瞬态热测试需要的准备工作205

7.1.1 T3Ster系统的安装和接线205

7.1.2 被测LED器件的安装与连线210

7.2 LED器件的瞬态热测试211

7.2.1 LED器件温度敏感参数的测量和校准211

7.2.2 LED器件的瞬态热测试225

7.2.3 瞬态热测试结果的分析227

7.2.4 使用瞬态双界面法获得被测LED器件的结壳热阻242

7.2.5 RC Compact Model的生成245

下篇 LED热设计仿真工具原理与应用251

第8章 LED热仿真分析软件介绍251

8.1 热仿真分析软件的背景及原理251

8.2 FIoEFD特点和优势252

8.3 FIoEFD工程应用背景256

8.4 FIoEFD软件安装257

8.4.1 FIoEFD 15.0软件程序安装257

8.4.2 许可证管理器的安装262

8.4.3 FIoEFD 15.0单机版或网络浮动版服务器许可证的安装265

8.4.4 FIoEFD 15.0网络浮动版客户端许可证获取270

8.5 热仿真软件使用流程271

8.6 FIoEFD软件LED模块271

8.6.1 介绍271

8.6.2 仿真功能271

8.6.3 简化模型272

8.6.4 LED数据库273

8.7 热仿真软件的价值276

第9章 LED组件热特性仿真分析277

9.1 LED组件热特性仿真分析介绍277

9.2 LED组件热特性仿真277

9.2.1 建立模型277

9.2.2 求解域调整282

9.2.3 参数设置283

9.2.4 网格设置287

9.2.5 求解计算287

9.2.6 仿真结果分析287

第10章 LED灯具热仿真分析293

10.1 LED灯具热仿真分析几何模型293

10.2 LED灯具热仿真分析步骤293

10.2.1 建立模型293

10.2.2 求解域调整298

10.2.3 参数设置298

10.2.4 网格设置305

10.2.5 求解计算306

10.2.6 仿真结果分析306

第11章 LED射灯热仿真分析310

11.1 LED射灯热仿真分析介绍310

11.2 LED射灯热仿真分析步骤311

11.2.1 建立模型311

11.2.2 求解域调整315

11.2.3 参数设置316

11.2.4 网格设置325

11.2.5 求解计算326

11.2.6 仿真结果分析326

11.2.7 优化设计331

参考文献336

附录A 软件术语中英文对照338

附录B T3Ster系统介绍339

B.1 T3Ster系统概述339

B.2 实时测量系统340

B.3 T3Ster系统的测试主机T3Ster Mainsys介绍341

B.4 T3Ster系统的T3Ster Booster介绍344

B.5 LV版本T3Ster Booster介绍348

B.6 T3Ster系统Thermostat干式恒温槽介绍350

B.7 T3Ster系统其余主要配件介绍351

B.8 TeraLED光学测试设备以及与之配合使用的积分球354

附录C 空气在1atm（101.33 kPa）下的物理性质357

附录D 饱和水/水蒸气的性质358