LED 輸入功率為1 W，電光轉換效率為15%，芯片尺寸為0. 001 m ×0. 001 m，基板和金屬線路板的尺寸為0. 03 m ×0. 03 m，周圍環(huán)境溫度為298 K，器件與外界的自然熱對流系數(shù)為15 W/ ( m2·K) . 由于封裝透鏡采用的是環(huán)氧樹脂材料，其熱導率只有0. 2 W/ ( m·K) ，因此芯片通過透鏡的散熱量基本上可以忽略，芯片產生的熱量，主要是先傳給金屬基板和散熱器，再通過對流向空氣散熱. 為了簡化模型，不考慮封裝過程各層之間的附加接觸熱阻，分析溫度場時采用穩(wěn)態(tài)熱傳導分析，LED 施加的載荷是體載荷，即將8. 5 × 10 - 9W/m3 的熱生成率施加在芯片上. 以OSRAM 公司的Golden Dragon1W 白光LED 器件( 型號LWW5SG) 安裝在0. 03 m × 0. 03 m 金屬線路板進行仿真測試，結溫為359. 14 K，其熱阻計算式:

　　Rth = ( Tpn - T環(huán)境) /p = ( 359. 14 - 298) /1 × 0. 85 = 71. 93( K/W)

　　式中: Tpn為結溫; T環(huán)境為環(huán)境溫度; p 為流經介質的熱功率.

　　所得數(shù)值和提到的66. 12 ( K/W) 很接近，說明了本文ANSYS 仿真的精確性和模型建立的合理性.

　　2 封裝結構對LED 散熱的影響

　　2. 1 3 種典型的封裝結構

　　目前，LED 有3 種典型的封裝結構:

　　1) 基于金屬線路板的封裝結構. 該封裝結構是將器件直接組裝在金屬線路板上，形成功率密度LED，金屬線路板是采用鋁或銅金屬作為電路板底材，可作為散熱熱沉使用，在基板上覆一層幾毫米厚的銅箔作線路. 由于鋁本身為導體，鋁基板與銅箔之間必須采用一介質作絕緣，由于低熱導率介質絕緣層的存在使得金屬線路板熱導率有效值約為178 W/m·K，模擬結構圖如圖1( a) 所示.

　　2) 傳統(tǒng)的正裝結構，如Norlux 系列. 該結構以鋁板作為底座，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，鋁板同時作為熱沉，模擬結構圖如圖1( b) 所示.

　　3) 倒裝結構，如LUXEON 系列. 該結構將芯片倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅基座上，然后把完成倒裝焊接的硅基座裝入熱沉與管殼中，鍵合引線封裝。