本文針對65×65mm一面設(shè)有九顆1×1mm、1W的LED芯片,，另一面為肋片的鋁制散熱片,，利用數(shù)值法求解三維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程，利用計(jì)算機(jī)專用軟件計(jì)算得到不同LED芯片分布時(shí),，散熱片芯片表面的溫度分布,，根據(jù)其溫度場來分析LED芯片分布對其散熱的影響。結(jié)果是：九顆芯片集中在一起散熱效果最差,，芯片之間的距離應(yīng)達(dá)到5mm以上,，其芯片溫度可降低近5℃以上,。
LED照明,，由于節(jié)能顯著，被認(rèn)為是下一代照明技術(shù),。LED是冷光源,，其光譜中不包含紅外部分,，而目前LED發(fā)光效率僅達(dá)到20%，也就是說有80%以上的電能轉(zhuǎn)換成熱能,。如果熱量不能有效散出,，芯片的溫度上升，會(huì)導(dǎo)致光效下降,，光衰加劇,，嚴(yán)重時(shí)燒毀芯片，LED芯片散熱是當(dāng)前LED照明發(fā)展中的一大未解決的問題,。
LED芯片的散熱過程并不復(fù)雜,，只是一系列導(dǎo)熱過程再加對流換熱過程，溫度范圍不高,，屬于常溫傳熱,，其內(nèi)的導(dǎo)熱過程，完全可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)專用軟件求解三維導(dǎo)熱微分方程,，計(jì)算分析出LED芯片中,、散熱片內(nèi)的導(dǎo)熱過程，以及散熱片外表的對流換熱,，分析出整個(gè)傳熱過程中主要的熱阻在何處,，什么原因造成的，可以得到一非常清晰的解,，使人們有的放矢,。
但當(dāng)前LED散熱以及同類的半導(dǎo)體芯片散熱，都缺少這一基礎(chǔ)性和指導(dǎo)性的研究,，即使有人做了,，但不為眾人所知。由此造成當(dāng)今LED散熱技術(shù)就像春秋戰(zhàn)國時(shí)代樣,，出現(xiàn)采用熱管,，甚至提出采用回路熱管。本文僅從LED芯片分布不同,，來研究分析其對散熱的影響,，將對LED芯片中的設(shè)計(jì)和制造起著指導(dǎo)性意義。
1,、計(jì)算模擬的模型
圖1
如圖1所示,，鋁制散熱片的一側(cè)面設(shè)有9顆1×1mm，1w的芯片,，還有0.1mm厚導(dǎo)熱系數(shù)取4w/(m·k)的絕緣導(dǎo)熱層,，肋片的總面積為 m2，空氣對流換熱系數(shù)為 =6 w/（m2·k），鋁的導(dǎo)熱系數(shù)取202 w/(m ·k),。為簡化計(jì)算,，不考慮肋片內(nèi)的導(dǎo)熱問題，由肋片散熱面簡化折算成65×65mm,，對流換熱系數(shù)為 85 w/（m2·k）的對流換熱面,。也就是求解一側(cè)面為對流換熱面( =85w/（m2·k）)，另一側(cè)為9顆芯片(1×1mm,，1w)的鋁塊（65×65×3mm）在芯片間距不同時(shí)其內(nèi)部的溫度場,。
求解方程：
即為三維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程，通常稱為拉普拉斯方程式,。利用專用的計(jì)算軟件求解,。
2、計(jì)算結(jié)果
圖2為：不同芯片間距,，LED芯片所處的散熱片金屬表面,，過中心點(diǎn)的溫度分布。
芯片間距L取1mm,、2.5mm,、5mm、7.5mm,、10mm,、15mm、20mm,、25mm,、30mm。
當(dāng)L=1mm時(shí),，即9顆LED芯片集中在一起,，之間沒間隙。
表1列不同芯片間距,，LED芯片所處散熱片金屬表面中心點(diǎn)（也即溫度最高點(diǎn)）的溫度值及其差別,。以上計(jì)算中環(huán)境溫度取40℃（313K）。
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3,、分析
從圖2和表1中可清楚地看：當(dāng)把9顆LED芯片集中在一起（芯片間距L=1mm）時(shí),，中心點(diǎn)（芯片所處的溫度最高點(diǎn)）溫度最高，也就是散熱效果最差,。當(dāng)芯片間距增加1.5mm（L=2.5mm）時(shí),，最高點(diǎn)溫度就下降3.1℃，芯片間距增加4mm（L=5mm）時(shí),，最高點(diǎn)溫度下降4.8℃,。當(dāng)芯片間距為L=7.5mm時(shí),，最高點(diǎn)溫度下降5.6℃。當(dāng)芯片間距L=10mm時(shí),，溫度下降6.1℃,。當(dāng)芯片間距L=20mm時(shí),，溫度下降7.2℃,。在間距L=10mm內(nèi)溫度降低顯著。
4,、結(jié)果
?。?）LED芯片分布對散熱有很大影響，應(yīng)該將LED芯片分散開,。
?。?）對于1×1mm，1w的LED芯片,，芯片間距取5~10mm為佳,。