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大功率LED封装共晶炉及灯具传热过程仿真分析

作　者: 唐顺杰
导　师: 郑相周
学　校: 华中农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 大功率LED 封装共晶热分析
分类号: TN305
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着电子信息技术的迅猛发展,电子产品向着高性能、高可靠性的方向发展,对共晶焊接设备的要求也越来越高。共晶炉就是基于共晶原理开发的专用设备,在真空或惰性保护气体环境中按照不同焊接合金材料的共晶工艺要求,完成芯片的封装。它有空洞率低、散热性好等优点,尤其适用于高频元器件对温度的要求。本文介绍了大功率LED芯片封装共晶炉炉体的结构,提出了共晶炉的加热方式,并对共晶炉进行应力、应变及传热的综合有限元分析,最后对封装产品即LED灯具进行了散热分析。第一章介绍了LED的应用、封装及共晶炉的研究现状；第二章对共晶炉炉腔结构采用有限元方法进行分析,结果表明,炉腔应力及变形主要集中在炉腔底部圆弧区和中心处,其结果满足设计要求。进而为炉体完成进一步的设计优化。第三章详细介绍了封装大功率LED芯片的真空可控气氛共晶炉的整个传热过程,并对其进行了传热仿真。仿真分析结果表明,陶瓷基板上的温度在加热过程中每个时间点上相差不大,在满足共晶温度时基板上的温度值相差不超过±1℃,说明焊接芯片的陶瓷基板的受热均匀性好。另外炉腔封盖外表面最高温度21℃,达到了设计的要求。选用不同夹具材料和同种材料不同厚度得到基板上不同的温度曲线,这为夹具设计提供了参考。第四章对共晶炉封装的产品即大功率LED灯具进行了散热仿真,通过仿真分析表明,四种LED灯具在同种条件下,芯片功率越高,结温就越大；结温与环境温度值之间呈线性关系；在空气流速0.001～0.25m/s之间,结温几乎没有变化。14粒、18粒LED灯具在有散热孔比没散热孔的结温值差别很大,而20W、30W的灯具在有无散热孔时的结温值差别不大。所以在14粒、18粒LED灯具上开散热孔是十分有必要的。第五章对共晶炉的设计分析过程及LED灯具散热分析进行了总结,并对其发展前景进行了展望。论文的创新点为提出了大功率LED封装共晶炉的结构及加热方式,并对共晶炉进行应力、应变及传热的综合有限元分析。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第1章绪论  9-15
  1.1 本课题的目的及研究意义  9
  1.2 LED介绍  9-10
  1.3 大功率LED 封装研究现状  10-12
  1.4 国内外大功率LED封装共晶炉的研究现状  12-14
  1.5 本课题主要研究内容  14
  1.6 本课题创新点  14-15
第2章大功率LED封装共晶炉炉腔有限元分析  15-25
  2.1 大功率LED封装共晶炉总体结构设计  15-17
  2.2 大功率LED芯片封装共晶炉内腔数值计算  17-18
  2.3 大功率LED芯片封装共晶炉内腔有限元分析  18-24
    2.3.1 有限元软件介绍  19
    2.3.2 内腔有限元分析  19-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章大功率LED封装共晶炉传热过程的仿真分析  25-33
  3.1 加热室传热过程  25-28
    3.1.1 加热室内自然对流  25-26
    3.1.2 加热室腔壁热传导  26
    3.1.3 加热器对周围辐射传热  26
    3.1.4 传热分析有限元原理  26-28
  3.2 仿真模拟  28-29
  3.3 仿真结果与分析  29-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章大功率LED灯具的散热分析  33-52
  4.1 LED灯具的热分析  33-37
    4.1.1 LED灯具结构  33-35
    4.1.2 计算条件  35-37
  4.2 气流及温度分布图  37-41
    4.2.1 14粒LED灯的气流、温度分布图  38-39
    4.2.2 18粒LED灯的气流、温度分布图  39
    4.2.3 20W的LED灯的气流、温度分布图  39-40
    4.2.4 30W的LED灯的气流、温度分布图  40-41
  4.3 仿真数据结果  41-48
    4.3.1 四种灯具的T-P关系图  41-44
    4.3.2 四种灯具的T-t关系图  44-46
    4.3.3 四种灯具的T-V关系图  46-48
    4.3.4 总结  48
  4.4 建议与改进  48-52
第5章总结与展望  52-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
附录  57

大功率LED封装共晶炉及灯具传热过程仿真分析

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