本文針對(duì)65×65mm一面設(shè)有九顆1×1mm,、1W的LED芯片,，另一面為肋片的鋁制散熱片，利用數(shù)值法求解三維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程,，利用計(jì)算機(jī)專(zhuān)用軟件計(jì)算得到不同LED芯片分布時(shí),，散熱片芯片表面的溫度分布，根據(jù)其溫度場(chǎng)來(lái)分析LED芯片分布對(duì)其散熱的影響,。結(jié)果是：九顆芯片集中在一起散熱效果最差,，芯片之間的距離應(yīng)達(dá)到5mm以上，其芯片溫度可降低近5℃以上,。
LED照明,，由于節(jié)能顯著，被認(rèn)為是下一代照明技術(shù),。LED是冷光源,，其光譜中不包含紅外部分，而目前LED發(fā)光效率僅達(dá)到20%,，也就是說(shuō)有80%以上的電能轉(zhuǎn)換成熱能,。如果熱量不能有效散出，芯片的溫度上升,，會(huì)導(dǎo)致光效下降,，光衰加劇，嚴(yán)重時(shí)燒毀芯片,，LED芯片散熱是當(dāng)前LED照明發(fā)展中的一大未解決的問(wèn)題,。
LED芯片的散熱過(guò)程并不復(fù)雜，只是一系列導(dǎo)熱過(guò)程再加對(duì)流換熱過(guò)程,，溫度范圍不高,，屬于常溫傳熱，其內(nèi)的導(dǎo)熱過(guò)程,，完全可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)專(zhuān)用軟件求解三維導(dǎo)熱微分方程,，計(jì)算分析出LED芯片中、散熱片內(nèi)的導(dǎo)熱過(guò)程,，以及散熱片外表的對(duì)流換熱,，分析出整個(gè)傳熱過(guò)程中主要的熱阻在何處，什么原因造成的,，可以得到一非常清晰的解,，使人們有的放矢。
但當(dāng)前LED散熱以及同類(lèi)的半導(dǎo)體芯片散熱，都缺少這一基礎(chǔ)性和指導(dǎo)性的研究,，即使有人做了,，但不為眾人所知。由此造成當(dāng)今LED散熱技術(shù)就像春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代樣,，出現(xiàn)采用熱管,，甚至提出采用回路熱管。本文僅從LED芯片分布不同,，來(lái)研究分析其對(duì)散熱的影響,，將對(duì)LED芯片中的設(shè)計(jì)和制造起著指導(dǎo)性意義。
1,、計(jì)算模擬的模型
圖1
如圖1所示,，鋁制散熱片的一側(cè)面設(shè)有9顆1×1mm，1w的芯片,，還有0.1mm厚導(dǎo)熱系數(shù)取4w/(m·k)的絕緣導(dǎo)熱層,，肋片的總面積為 m2，空氣對(duì)流換熱系數(shù)為 =6 w/（m2·k）,，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)取202 w/(m ·k),。為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮肋片內(nèi)的導(dǎo)熱問(wèn)題,，由肋片散熱面簡(jiǎn)化折算成65×65mm,，對(duì)流換熱系數(shù)為 85 w/（m2·k）的對(duì)流換熱面。也就是求解一側(cè)面為對(duì)流換熱面( =85w/（m2·k）),，另一側(cè)為9顆芯片(1×1mm,，1w)的鋁塊（65×65×3mm）在芯片間距不同時(shí)其內(nèi)部的溫度場(chǎng)。
求解方程：
即為三維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程,，通常稱(chēng)為拉普拉斯方程式,。利用專(zhuān)用的計(jì)算軟件求解。
2,、計(jì)算結(jié)果
圖2為：不同芯片間距,，LED芯片所處的散熱片金屬表面，過(guò)中心點(diǎn)的溫度分布,。
芯片間距L取1mm,、2.5mm、5mm,、7.5mm,、10mm、15mm,、20mm,、25mm,、30mm,。
當(dāng)L=1mm時(shí),，即9顆LED芯片集中在一起，之間沒(méi)間隙,。
表1列不同芯片間距,，LED芯片所處散熱片金屬表面中心點(diǎn)（也即溫度最高點(diǎn)）的溫度值及其差別。以上計(jì)算中環(huán)境溫度取40℃（313K）,。
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3,、分析
從圖2和表1中可清楚地看：當(dāng)把9顆LED芯片集中在一起（芯片間距L=1mm）時(shí)，中心點(diǎn)（芯片所處的溫度最高點(diǎn)）溫度最高,，也就是散熱效果最差,。當(dāng)芯片間距增加1.5mm（L=2.5mm）時(shí)，最高點(diǎn)溫度就下降3.1℃,，芯片間距增加4mm（L=5mm）時(shí),，最高點(diǎn)溫度下降4.8℃。當(dāng)芯片間距為L(zhǎng)=7.5mm時(shí),，最高點(diǎn)溫度下降5.6℃,。當(dāng)芯片間距L=10mm時(shí)，溫度下降6.1℃,。當(dāng)芯片間距L=20mm時(shí),，溫度下降7.2℃。在間距L=10mm內(nèi)溫度降低顯著,。
4,、結(jié)果
（1）LED芯片分布對(duì)散熱有很大影響,，應(yīng)該將LED芯片分散開(kāi),。
（2）對(duì)于1×1mm,，1w的LED芯片,，芯片間距取5~10mm為佳。