高功率LED开发之CFD模拟散热解决方案

　　TIM在帮助LED封装时，将热能传导到电路板或散热片上扮演相当重要的角色，在图2中，TIM 1位于LED封装与基体间，使用不同的热传导值以及不同的BLT来进行模拟。

　　由图5中可看出，带散热片基体Moonstone封装的接口厚度越厚，接口热阻受到TIM 1材料热传导能力的影响就越明显，图中显示，当接口厚度提高时，热阻的增加会更容易受到热传导能力的影响，不过不同热传导值、接口厚度间的影响并不明显。

　　图5　TIM对热阻RJA的影响。

　　两个实体表面间的空气间隙会降低热传导能力，TIM则可用来将两个相邻实体表面黏合并提高LED散热块(发热源)与金属核心PCB/FR4 PCB(散热片)间的接触面积，因此能够降低这个连接面的温度差。

　　图6中的RJA预估值为TIM 1接触面质量对散热效能影响的数值模拟研究结果，其中假设唯一的空隙点位于整体体积的中心区域。

　　图6　TIM 1接触面积百分比大小对RJA的影响。

　　RJA最高大约增加2%，同时只在接触面积区域为85%时会发生，此代表夹在TIM 1内部的空隙可高达15%，而不会造成明显的散热效能影响，不过，由于模型的一些假设条件，这个预估结果的误差率有可能达到20%，因此须进行其他实验来验证这个数据。

　　表3列出TIM材料的特性以及可用性，这些TIM材料在市场相当普遍，各有其优劣势。

　　提高散热效能方案纷出炉

　　除了使用TIM材料来强化散热效能外，尚有一些可用来改善散热能力设计的方法，包括散热片的尺寸、表面结构以及面向的安排;采用系统机壳气流路径设计加强自然对流冷却;以及使用主动式冷却系统，如风扇或导热管来移除热空气，并协助自然对流冷却。

　　这个研究展现出CFD的模型建立技术如何应用，以模拟带散热片的LED星形封装，结果清楚地显示，仿真模型可提供相当符合实际测量的结果，由此可知，CFD是协助设计工程师将高功率LED导入实际应用的良好工具，同时它的误差百分比也在工业应用可接受的范围内。

　　此外，热阻的增加较易受到接触面积的影响，接口厚度增加带来的TIM材质热传导能力则较不明显，而TIM 1内部高达15%的空隙为可接受的范围，同时不会造成明显的散热效能影响。