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LED封裝與光源熱設計

為了解決伺服器散熱模組的問題，作者柴廣躍李波王剛向進 這樣論述：

LED封裝與光源熱設計（電子信息與電氣工程技術叢書）系統論述了發光二極體的封裝、燈具原理與熱設計。全書共11章，分別介紹了LED熱設計基礎、傳熱學基礎、LED晶元與熱性能、LED封裝與熱設計、LED光源組件與燈具熱設計、LED器件的瞬態熱測試方法、LED器件瞬態熱測試的實際操作、LED熱模擬分析軟體、LED組件熱特性模擬分析、LED燈具熱模擬分析等內容。 本書將LED器件封裝及光源燈具技術、熱設計基礎理論及模擬工具、LED熱特性測試與評估相關知識融會貫通為一體，為讀者提供了有關LED封裝與燈具熱設計的基本原理與應用，集學術性與應用性為一體，可供相關科研與工程技術人員參考。

柴廣躍，畢業於清華大學電子工程系，長期從事半導體光電子器件與應用技術的科研與教學工作。現任深圳技術大學新能源與新材料學院教授、深圳大學光電工程學院教授，兼中國電工技術學會半導體光源系統專業委員會副主委、國家半導體照明工程研發及產業聯盟人力資源工作委員會人才培養工作組負責人、深圳市LED熱管理與故障分析評估中心主任等職，擁有20余項授權發明專利、獲得國家科技進步獎和發明獎兩次，主編《半導體照明概論》。 王剛，現任明導(上海)電子科技有限公司MAD部門高級產品應用工程師，在半導體器件熱測試領域有很深入的研究。曾供職于摩托羅拉、飛思卡爾、英特爾等公司，在半導體封裝領域有豐富的實踐經驗。 李波

，同濟大學建築環境與設備工程學士、上海理工大學工程熱物理碩士，主要研究方向為電子設備冷卻技術。曾就職于台達電子企業管理(上海)有限公司和明導(上海)電子科技有限公司，現為熱領(上海)科技有限公司電子設備熱設計技術主管，負責電子設備熱設計、熱模擬技術的應用、推廣和培訓等相關工作；曾出版《FloTHERM軟體基礎與應用實例》《FloEFD流動與傳熱模擬入門及案例分析》和《笑談熱設計》。 向進，畢業於同濟大學，獲得軟體工程碩士和MBA學位。擁有超過15年的半導體行業工作經驗，從事過從研發到市場營銷的多個領域的工作。現負責Mentor公司大中華區的高校業務，推動Mentor 公司的先進技術在國內高校

的應用與普及。已經主持建設多所一流高校的校企聯合實驗室，推動高校開設涉及Mentor技術的相關課程，策劃並資助出版多部高端專業圖書。 上篇 LED熱設計基礎 第1章 引言 1.1LED技術的發展 1.2LED的失效 1.2.1機械失效 1.2.2腐蝕失效 1.2.3電氣失效 1.2.4光學失效 1.3熱設計的重要性 1.4熱設計流程 第2章 傳熱學基礎 2.1熱與能量 2.2能量傳遞與傳熱 2.3基本定律 2.3.1熱力學第一定律 2.3.2品質固定的傳熱 2.3.3體積固定的傳熱 2.4傳熱機理 2.4.1熱傳導 2.4.2熱對流 2.4.3熱輻射 2.5熱阻網路熱設

計 2.5.1熱阻的概念 2.5.2擴散熱阻 2.5.3接觸熱阻及熱介面材料 2.5.4熱阻網路 2.5.5常用散熱器 2.6電腦類比熱設計簡介 2.7幾種先進的冷卻技術 2.7.1相變散熱與熱管 2.7.2液體冷卻與器件 2.7.3熱電冷卻與器件 2.7.4電流體流動散熱 第3章 LED晶片與熱性能 3.1LED基本原理 3.1.1雙異質結結構LED原理 3.1.2量子阱結構LED原理 3.2晶片 3.2.1LED襯底材料與晶片結構 3.2.2功率型LED晶片 3.3LED晶片熱特性 3.3.1結溫與熱阻 3.3.2光通量與溫度的關係 3.3.3輻射波長、色溫與溫度的關係 3.3.4正向電

壓與溫度的關係 3.3.5壽命與溫度的關係 第4章 LED封裝與熱設計 4.1封裝的層級 4.2LED的封裝 4.2.1LED封裝的作用 4.2.2設計的基本要素 4.2.3封裝的基本材料及原理 4.2.4LED封裝基本工藝流程 4.2.5封裝的基本設備 4.2.6封裝的基本結構 4.2.7減小封裝熱阻的基本方法 4.2.8LED晶片焊接及新型粘接技術 4.2.9晶片焊接品質的評估 4.2.10晶片固晶的可靠性 4.3功率型LED封裝 4.3.1Luxeon系列LED的封裝結構 4.3.2Golden Dragon系列LED的封裝結構 4.3.3XLAMP系列LED的封裝結構 4.3.4多晶

片LED光源模組封裝 4.4LED晶片級封裝 4.4.1晶片級封裝LED器件 4.4.2集成封裝倒裝LED光源模組 4.4.3高壓倒裝LED光源模組 4.5封裝中的熱設計 4.5.1熱設計的分級 4.5.2LED器件的典型散熱通道 4.5.3封裝中的熱設計方法 第5章 LED光源組件與燈具熱設計 5.1LED照明組件與燈具的定義 5.1.1LED照明模組 5.1.2LED照明光源 5.1.3LED燈具 5.2典型LED燈具 5.2.1LED射燈 5.2.2LED球泡燈 5.2.3LED燈管 5.2.4LED筒燈 5.2.5LED路燈 5.3LED燈具熱設計基礎 5.3.1LED燈具設計簡述

5.3.2熱設計目標和原則 5.3.3熱設計流程 5.3.4典型散熱器材料與結構 5.3.5熱沉熱阻分析 5.4LED燈具熱設計實例 5.4.1使用翅片散熱器的大功率LED路燈光源元件 5.4.2燈絲型LED球泡燈 5.4.3地鐵用LED燈管 5.4.4LED投光燈 5.4.5球泡燈照明模組的輻射散熱 中篇 LED熱特性測試方法及測試平臺 第6章 LED器件的瞬態熱測試方法 6.1LED器件瞬態熱測試的步驟 6.1.1LED器件溫度敏感參數的測量和校準 6.1.2LED器件的瞬態熱測試 6.1.3結構函數的理論基礎 6.1.4LED器件的電、光、熱聯合測試平臺的實現 6.2結構函數的應用和

案例分析 6.3對LED整燈進行瞬態熱測試的測試案例 第7章 LED器件瞬態熱測試的實際操作 7.1瞬態熱測試需要的準備工作 7.1.1T3Ster系統的安裝和接線 7.1.2被測LED器件的安裝與連線 7.2LED器件的瞬態熱測試 7.2.1LED器件溫度敏感參數的測量和校準 7.2.2LED器件的瞬態熱測試 7.2.3瞬態熱測試結果的分析 7.2.4使用瞬態雙介面法獲得被測LED器件的結殼熱阻 7.2.5RC Compact Model的生成 下篇 LED熱設計模擬工具原理與應用 第8章 LED熱模擬分析軟體介紹 8.1熱模擬分析軟體的背景及原理 8.2FloEFD特點和優勢 8.3

FloEFD工程應用背景 8.4FloEFD軟體安裝 8.4.1FloEFD 15.0軟體程式安裝 8.4.2授權管理器的安裝 8.4.3FloEFD 15.0單機版或網路浮動版伺服器許可證的安裝 8.4.4FloEFD 15.0網路浮動版用戶端授權擷取 8.5熱模擬軟體使用流程 8.6FloEFD軟體LED模組 8.6.1介紹 8.6.2模擬功能 8.6.3簡化模型 8.6.4LED資料庫 8.7熱模擬軟體的價值 第9章 LED元件熱特性模擬分析 9.1LED元件熱特性模擬分析介紹 9.2LED組件熱特性模擬 9.2.1建立模型 9.2.2求解域調整 9.2.3參數設置 9.2.4網格設置

9.2.5求解計算 9.2.6模擬結果分析 第10章 LED燈具熱模擬分析 10.1LED燈具熱模擬分析幾何模型 10.2LED燈具熱模擬分析步驟 10.2.1建立模型 10.2.2求解域調整 10.2.3參數設置 10.2.4網格設置 10.2.5求解計算 10.2.6模擬結果分析 第11章 LED射燈熱模擬分析 11.1LED射燈熱模擬分析介紹 11.2LED射燈熱模擬分析步驟 11.2.1建立模型 11.2.2求解域調整 11.2.3參數設置 11.2.4網格設置 11.2.5求解計算 11.2.6模擬結果分析 11.2.7優化設計 參考文獻 附錄A 軟體術語中英文對照 附錄

B T3Ster系統介紹 B.1T3Ster系統概述 B.2即時測量系統 B.3T3Ster系統的測試主機T3Ster Mainsys介紹 B.4T3Ster系統的T3Ster Booster介紹 B.5LV版本T3Ster Booster介紹 B.6T3Ster系統Thermostat幹式恒溫槽介紹 B.7T3Ster系統其餘主要配件介紹 B.8TeraLED光學測試設備以及與之配合使用的積分球 附錄C 空氣在1atm(101.33kPa)下的物理性質 附錄D 飽和水/水蒸氣的性質 前言 以LED為核心的半導體照明技術發展迅速，正以超乎人們想像的速度替代傳統的電光源。

LED的核心是pn結，基於pn結的半導體器件具有很強的溫度敏感性，隨著工作溫度的升高，它們的性能變差、可靠性劣化、故障率升高、壽命縮短。目前，商品化LED的光電效率遠遠達不到50%，LED正常工作時自身將產生大量的熱量，如不將此熱量散去將對LED產生災難性的後果。本書結合LED封裝和燈具設計製作的實際情況，介紹了熱設計的基本原理與方法、熱特性的評估方法與手段，最後介紹了一種流行的熱特性模擬軟體。 目前，關於半導體照明的參考書籍非常多，但是相關的本科教材卻非常匱乏，因此本書的編寫致力於解決目前國內缺乏“光源與照明”相關專業基礎教材的問題。與現有相關書籍相比，本教材側重於基礎知識介紹，同時希望通

過大量的實例分析觸發讀者創新的靈感。參與編寫的人員既有高校教師，也有來自企業的研發人員。希望從學習、研究、產業等不同角度進行問題的梳理，從而幫助讀者對LED封裝與照明燈具技術以及所涉及的熱問題有較為全面的瞭解，並掌握基本的分析方法和手段。 本書層次分明，分為上中下三篇。由柴廣躍教授和向進高級經理提出了書稿的編寫大綱和目錄，並對全部書稿進行了審定。 本書上篇為LED熱設計基礎，共5章，由柴廣躍教授編寫。 第1章主要介紹LED封裝與照明技術發展過程、與熱相關的LED失效、熱設計的必要性及基本流程。 第2章主要介紹傳熱學基礎知識，內容包括熱的概念、傳熱機理和基本的定理、熱阻概念、熱分析的基本

方法，最後介紹了幾種先進的散熱技術。 第3章主要介紹LED基本原理與熱性能，內容包括LED基本結構及發光發熱的機理、LED晶片結構及熱特性。 第4章主要介紹LED封裝與熱設計，內容包括LED封裝的基本概念、封裝的類別及基本方法，最後介紹了LED封裝的熱設計方法。 第5章主要介紹半導體照明光源元件與燈具的熱設計，內容包括光源元件與燈具的定義、幾種典型的光源與燈具、光源與燈具的熱設計方法，最後介紹了幾種典型LED光源與燈具的熱設計實例。 本書中篇為LED熱特性測試方法及測試平臺，共2章，由王剛高級工程師編寫。 第6章主要介紹了LED器件熱特性的瞬態測試，包括LED熱特性測試的難點、LED

熱阻與結溫的計算方法、瞬態測試原理與方法等內容。 第7章主要介紹了瞬態法測試的實際操作過程，包括進行瞬態熱測試所需要的準備工作、實際操作等內容。 本書下篇為LED熱設計模擬工具原理與應用，共4章，由李波高級工程師編寫。 第8章主要介紹FloEFD流體模擬軟體的基本情況，內容包括FloEFD的基本原理、主要優點、工程應用、軟體的安裝、應用流程、FloEFD各個模組的介紹。 第9章以一種LED元件為例，詳細介紹了使用FloEFD流體模擬軟體類比模擬LED器件與元件熱特性的完整過程。 第10章以一種LED燈具為例，詳細介紹了使用FloEFD流體模擬軟體類比模擬LED燈具熱特性的完整過程，並

討論了如何通過調整對流和輻射參數來調整LED燈具中LED器件的結溫。 第11章以一種帶有風扇的LED射燈為例，詳細介紹了使用FloEFD流體模擬軟體類比模擬LED射燈熱特性的完整過程，並討論了如何通過調整風扇參數改善燈具散熱能力。 附錄A由李波高級工程師完成，附錄B由王剛高級工程師完成。 本書論述深入淺出，注重理論與實踐相結合。可作為高等院校相關專業的教材和參考書，也可作為半導體照明行業從業人員及相關工程技術人員的參考資料。 在本書編輯過程中，深圳大學、相關企業、相關網站、行業的專家及學生李華平、章瑞華、李耀東、廖世東、蘇丹等給予了大力支持，為本書提供了大量有益的背景資料； 傳熱學基礎

部分參考並引用了夏班尼所著的《傳熱學》部分內容與例題； 學生劉志慧、劉夢媛説明作者整理了全部書稿，馬雁潮、陳曉媛、徐竟、廖剛也為書稿整理和插圖做了大量的工作。在此一併感謝。 本書的出版得到了美國Mentor公司的大力支持，感謝Mentor公司的資助和技術支持。…… 還要感謝清華大學出版社的工作人員為本書出版所做的大量工作，特別是盛東亮責任編輯以嚴謹的作風、認真細緻的工作態度、良好的合作精神圓滿完成編輯工作，使本書得以高品質出版。 由於作者水準有限，本書難免有不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。 作者 2018年6月

伺服器散熱模組進入發燒排行的影片

1U高熱通量伺服器氣冷散熱設計

為了解決伺服器散熱模組的問題，作者李昀瑾 這樣論述：

本研究針對1U (高度44.5 mm) 網路伺服器氣冷式散熱模組進行分析，總高度為29 mm單一晶片發熱量430 W，具極高熱流密度365 kW/m^2，系統內部風流量範圍為5至32 CFM。於有限的空間下藉由多款散熱模組設計，降低熱阻值以提升熱傳效能。研究針對具有熱管及均溫板之散熱模組進行鰭片設計，包括Ｖ型結構、cut-fin設計、熱管排列以及傾角溝槽，並分析各散熱器壓降與熱阻值，在相同風扇功率下與平板式散熱器比較熱阻值。模擬結果得出Ｖ型結構將大幅增加鰭片壓降，相同風扇功率下無法降低散熱器熱阻值，cut-fin設計、熱管排列以及傾角溝槽設計，具有提升熱傳效能並降低壓降的優勢，相同風扇功率下

相較於具有熱管及均溫板之平板式散熱模組有較低的熱阻值。考量機械加工性，最終將具有熱管及均溫板與特殊幾何鰭片所組之cut-fin引流模組進行打樣，置入開放式風洞系統進行性能測試。實驗結果得出cut-fin模組於風扇功率低時，熱阻值較具有熱管及均溫板之平板式模組低9.6%，隨著風扇功率提高熱阻值可降低15.1%，實驗測試與模擬所得熱阻值差異落在11.3%，鰭片壓降差異為9.3%。本研究所提cut-fin模組可有效提升散熱性能並降低風扇功率，研究成果可做為未來高功率網通伺服器散熱模組之參考。