大功率led的散熱問題：
led是個光電器件，其工作過程中只有15%～25%的電能轉換成光能，其餘的電能幾乎都轉換成熱能，使led的溫度公升高。在大功率led中，散熱是個大問題。例如，1個10w白光led若其光電轉換效率為20%，則有8w的電能轉換成熱能，若不加散熱措施，則大功率led的器芯溫度會急速上公升，當其結溫（tj）上公升超過最大允許溫度時（一般是150℃），大功率led會因過熱而損壞。
因此在大功率led燈具設計中，最主要的設計工作就是散熱設計。
另外，一般功率器件（如電源ic）的散熱計算中，只要結溫小於最大允許結溫溫度（一般是125℃）就可以了。但在大功率led散熱設計中，其結溫tj要求比125℃低得多。其原因是tj對led的出光率及壽命有較大影響：
tj越高會使led的出光率越低，壽命越短。
k2系列白光led的結溫tj與相對出光率的關係。在tj=25℃時，相對出光率為1；tj=70℃時相對出光率降為0.9；tj=115℃時，則降到0.8了。
：tj=50℃時，壽命為90000小時；tj=80℃時，壽命降到34000小時；tj=115℃時，其壽命只有13300小時了。tj在散熱設計中要提出最大允許結溫值tjmax,實際的結溫值tj應小於或等於要求的tjmax,即tj≤tjmax。
大功率led的散熱路徑.
大功率led在結構設計上是十分重視散熱的。圖2是lumiled公司k2系列的內部結構、圖3是nichia公司nccw022的內部結構。從這兩圖可以看出：
在管芯下面有乙個尺寸較大的金屬散熱墊，它能使管芯的熱量通過散熱墊傳到外面去。
大功率led是焊在印製板（pcb）上的，如圖4所示。散熱墊的底面與pcb的敷銅面焊在一起，以較大的敷銅層作散熱面。為提高散熱效率，採用雙層敷銅層的pcb，其正反面圖形如圖5所示。
這是一種最簡單的散熱結構。
熱是從溫度高處向溫度低處散熱。大功率led主要的散熱路徑是：管芯→散熱墊→印製板敷銅層→印製板→環境空氣。
若led的結溫為tj，環境空氣的溫度為ta,散熱墊底部的溫度為tc（tj＞tc＞ta），散熱路徑如圖6所示。
在熱的傳導過程中，各種材料的導熱性能不同，即有不同的熱阻。若管芯傳導到散熱墊底面的熱阻為rjc（led的熱阻）、散熱墊傳導到pcb面層敷銅層的熱阻為rcb、pcb傳導到環境空氣的熱阻為rba,則從管芯的結溫tj傳導到空氣ta的總熱阻rja與各熱阻關係為：
rja=rjc+rcb+rba
各熱阻的單位是℃/w。
可以這樣理解：熱阻越小，其導熱性能越好，即散熱效能越好。
如果led的散熱墊與pcb的敷銅層採用回流焊焊在一起，則rcb=0，則上式可寫成：
rja=rjc+rba
散熱的計算公式
若結溫為tj、環境溫度為ta、led的功耗為pd,則rja與tj、ta及pd的關係為：
rja=（tj－ta）/pd (1)
式中pd的單位是w。pd與led的正向壓降vf及led的正向電流if的關係為：
pd=vf×if (2)
如果已測出led散熱墊的溫度tc，則(1)式可寫成：
rja=(tj－tc)/pd+(tc－ta)/pd
則rjc=(tj－tc)/pd (3)
rba=(tc－ta)/pd (4)
在散熱計算中，當選擇了大功率led後，從資料資料中可找到其rjc值；當確定led的正向電流if後，根據led的vf可計算出pd；若已測出tc的溫度，則按（3）式可求出tj來。
在測tc前，先要做乙個實驗板（選擇某種pcb、確定一定的面積）、焊上led、輸入if電流，等穩定後，用k型熱電偶點溫度計測led的散熱墊溫度tc。
在（4）式中，tc及ta可以測出，pd可以求出，則rba值可以計算出來。
若計算出tj來，代入（1）式可求出rja。
這種通過試驗、計算出tj方法是基於用某種pcb及一定散熱面積。如果計算出來的tj小於要求（或等於）tjmax，則可認為選擇的pcb及面積合適；若計算來的tj大於要求的tjmax，則要更換散熱效能更好的pcb，或者增加pcb的散熱面積。
另外，若選擇的led的rjc值太大，在設計上也可以更換效能上更好並且rjc值更小的大功率led，使滿足計算出來的tj≤tjmax。這一點在計算舉例中說明。
各種不同的pcb
目前應用與大功率led作散熱的pcb有三種：普通雙面敷銅板（fr4）、鋁合金基敷銅板（mcpcb）、柔性薄膜pcb用膠粘在鋁合金板上的pcb。
mcpcb的結構如圖7所示。各層的厚度尺寸如表3所示。
其散熱效果與銅層及金屬層厚如度尺寸及絕緣介質的導熱性有關。一般採用35μm銅層及1.5mm鋁合金的mcpcb。
柔*pcb粘在鋁合金板上的結構如圖8所示。一般採用的各層厚度尺寸如表4所示。1～3w星狀led採用此結構。
採用高導熱性介質的mcpcb有最好的散熱效能，但**較貴。
計算舉例
這裡採用了nichia公司的測量tc的例項中取部分資料作為計算舉例。已知條件如下：
led：3w白光led、型號mccw022、rjc=16℃/w。k型熱電偶點溫度計測量頭焊在散熱墊上。
pcb試驗板：雙層敷銅板（40×40mm）、t=1.6mm、焊接面銅層面積1180mm2背面銅層面積1600mm2。
led工作狀態：if=500ma、vf = 3.97v。
用k型熱電偶點溫度計測tc，tc=71℃。測試時環境溫度ta = 25℃.
計算tj=rjc×pd+tc=rjc（if×vf）+tc
tj=16℃/w（500ma×3.97v）
+71℃=103℃
計算rja=（tc－ta）/pd
=（71℃－25℃）/1.99w
=23.1℃/w
計算rja=rjc+rba
=16℃/w+23.1℃/w
=39.1℃/w
如果設計的tjmax=90℃，則按上述條件計算出來的tj不能滿足設計要求，需要改換散熱更好的pcb或增大散熱面積，並再一次試驗及計算，直到滿足tj≤tjmax為止。
另外一種方法是，在採用的led的rjc值太大時，若更換新型同類產品rjc=9℃/w(if=500ma時vf=3.65v)，其他條件不變，tj計算為：
tj=9℃/w（500ma×3.65v）+71℃
=87.4℃
上式計算中71℃有一些誤差，應焊上新的9℃/w的led重新測tc（測出的值比71℃略小）。這對計算影響不大。採用了9℃/w的led後不用改變pcb材質及面積，其tj符合設計的要求。
pcb背面加散熱片
若計算出來的tj比設計要求的tjmax大得多，而且在結構上又不允許增加面積時，可考慮將pcb背面粘在"∪"形的鋁型材上（或鋁板沖壓件上），或粘在散熱片上，如圖10所示。這兩種方法是在多個大功率led的燈具設計中常用的。例如，上述計算舉例中，在計算出tj=103℃的pcb背後貼上乙個10℃/w的散熱片，其tj降到80℃左右。
這裡要說明的是，上述tc是在室溫條件下測得的（室溫一般15～30℃）。若led燈使用的環境溫度ta大於室溫時，則實際的tj要比在室溫測量後計算的tj要高，所以在設計時要考慮這個因素。若測試時在恆溫箱中進行，其溫度調到使用時最高環境溫度，為最佳。
摘要：考慮熱導率與散熱方式的影響，使用大型有限元軟體ansysl0.0模擬並分析了大功率led熱分布。
通過分析不同封裝、熱沉材料及散熱方式對led熱分布與最大散熱能力的影響，指出解決led散熱問題的關鍵不是尋找高熱導率的材料，而是改變led的散熱結構或者散熱方式。
1 引言
目前，很多功率型led的驅動電流達到70 ma、100 ma甚至1 a，這將會引起晶元內部熱量*，導致發光波長漂移、出光效率下降、螢光粉加速老化以及使用壽命縮短等一系列問題。業內已經對大功率led的散熱問題作出了很多的努力：通過對晶元外延結構優化設計，使用表面粗化技術等提高晶元內外量子效率，減少無輻射復合產生的晶格振盪，從根本上減少散熱元件負荷；通過優化封裝結構、材料，選擇以鋁基為主的金屬芯印刷電路板(mcpcb)，使用陶瓷、復合金屬基板等方法，加快熱量從外延層向散熱基板散發。
多數廠家還建議在高效能要求場合中使用散熱片，依靠強對流散熱等方法促進大功率led散熱。儘管如此，單個led產品目前也僅處於1～10 w級的水平，散熱能力仍亟待提高。相當多的研究將精力集中於尋找高熱導率熱沉與封裝材料，然而當led功率達到lo w以上時，這種關注遇到了相當大的阻力。
即使施加了風冷強對流方式，犧牲了成本優勢，也未能獲得令人滿意的變化。
討論在現有結構、led封裝及熱沉材料熱導率等因素變化對於其最大功率的影響，尋找影響led散熱的關鍵因素。研究方法為有限元熱分析法．該方法已有實驗驗證了led有限元模型與其真實器件之間的差別，證明其在誤差許可範圍內是準確可行的。
2 建立模型
2．1 有限元熱分析理論
三維直角座標系中的瞬態溫度場場變數t(x，y，z，t)滿足：
式中：t/x，t/y，t/z為沿x，y，z方向的溫度梯度；λxx,λyy，λzz為熱導率；q0為單位體積的熱生成；ρc是密度與比熱容的乘積：dt/dt為溫度隨時間的變化率。
式中：vx，vy,vz為媒介傳導速率。
對於穩態熱分析而言，t/t=0，式(1)可化簡為：
根據式(3)、邊界條件與初始條件，利用迭代法或者消去法求解，得出熱分析結果。
2．2 幾何模型的建立
圖1為依據常見1 w大功率led尺寸建立並簡化、海鷗翼封裝鋁熱沉的大功率led圖形，底座接在mcpcb鋁基板上。主要資料：晶元尺寸為1 mm×1 mm×o.
25 mm，透鏡為直徑是13 mm的半球。矽襯底為邊長17 mm，高0.25 mm的正六稜柱，mcpcb為直徑20 mm，高1.
75 mm的六角星形鋁質基板。
基本養老金計算公式詳解
作者 閒散一石 摘自鳳凰網2012年6月 有些人問，我退休之後到底能拿多少錢？我每月繳納社會保險的數量對以後的退休金到底有多大關聯度？這個問題還真是複雜，難以一句話說清。下面俺給各位詳細分析一下，讓你心中有乙個明白。城鎮企業職工基本養老金制度是這樣安排的 1998年1月1日實行統一基本養老保險制度以...
造價計算公式
建設專案總投資構成 裝置 及工器具購置費的構成及計算 裝置購置費 裝置原價 裝置運雜費 進口裝置抵岸價的構成及計算 進口裝置抵岸價 貨價 國際運費 運輸保險費 銀行財務費 外貿手續費 關稅 增值稅 消費稅 海關監管手續費 車輛購置附加費 案例教材進口裝置抵岸價 含軟體 的構成及計算 國產非標準裝置原...
計算公式歸納
2012出版實務計算公式 一 版面字數的設計 每行字數 版心寬度 每字寬度 公釐 版心寬度 0.35 文字磅數 版心寬度 0.35 文字磅數 每行字數 每面行數 版心高度 字高 字高 行距高 1 版心高度 0.35 文字磅數 0.35 文字磅數 0.35 行距磅數 1 版心高度 字高 行數 行距高 ...