高功率LED開發之CFD模擬散熱解決方案

　　TIM在幫助LED封裝時，將熱能傳導到電路板或散熱片上扮演相當重要的角色，在圖2中，TIM 1位于LED封裝與基體間，使用不同的熱傳導值以及不同的BLT來進行模擬。

　　由圖5中可看出，帶散熱片基體Moonstone封裝的接口厚度越厚，接口熱阻受到TIM 1材料熱傳導能力的影響就越明顯，圖中顯示，當接口厚度提高時，熱阻的增加會更容易受到熱傳導能力的影響，不過不同熱傳導值、接口厚度間的影響并不明顯。

　　圖5　TIM對熱阻RJA的影響。

　　兩個實體表面間的空氣間隙會降低熱傳導能力，TIM則可用來將兩個相鄰實體表面黏合并提高LED散熱塊(發熱源)與金屬核心PCB/FR4 PCB(散熱片)間的接觸面積，因此能夠降低這個連接面的溫度差。

　　圖6中的RJA預估值為TIM 1接觸面質量對散熱效能影響的數值模擬研究結果，其中假設唯一的空隙點位于整體體積的中心區域。

　　圖6　TIM 1接觸面積百分比大小對RJA的影響。

　　RJA最高大約增加2%，同時只在接觸面積區域為85%時會發生，此代表夾在TIM 1內部的空隙可高達15%，而不會造成明顯的散熱效能影響，不過，由于模型的一些假設條件，這個預估結果的誤差率有可能達到20%，因此須進行其他實驗來驗證這個數據。

　　表3列出TIM材料的特性以及可用性，這些TIM材料在市場相當普遍，各有其優劣勢。

　　提高散熱效能方案紛出爐

　　除了使用TIM材料來強化散熱效能外，尚有一些可用來改善散熱能力設計的方法，包括散熱片的尺寸、表面結構以及面向的安排;采用系統機殼氣流路徑設計加強自然對流冷卻;以及使用主動式冷卻系統，如風扇或導熱管來移除熱空氣，并協助自然對流冷卻。

　　這個研究展現出CFD的模型建立技術如何應用，以模擬帶散熱片的LED星形封裝，結果清楚地顯示，仿真模型可提供相當符合實際測量的結果，由此可知，CFD是協助設計工程師將高功率LED導入實際應用的良好工具，同時它的誤差百分比也在工業應用可接受的范圍內。

　　此外，熱阻的增加較易受到接觸面積的影響，接口厚度增加帶來的TIM材質熱傳導能力則較不明顯，而TIM 1內部高達15%的空隙為可接受的范圍，同時不會造成明顯的散熱效能影響。