大功率LED多芯片模块水冷散热设计
大功率LED多芯片模块水冷散热设计
大功率LED多芯片模块水冷散热设计引言：随着LED技术的发展，大功率LED多芯片模块的应用越来越广泛。
然而，由于LED的高发光效率和高功率密度，散热是一个重大挑战。
为了解决这个问题，水冷散热成为一种有效的解决方案。
本文将探讨大功率LED 多芯片模块水冷散热设计的原理和方法。
一、背景介绍1.1LED散热的挑战LED的高发光效率和高功率密度使得其散热变得非常重要。
过高的温度不仅会缩短LED的寿命，还会降低其光效。
因此，有效的散热设计对于确保LED模块的可靠性和性能至关重要。
1.2水冷散热的优势与传统的风扇冷却相比，水冷散热可以提供更高的散热效率和更低的噪音水平。
此外，水冷散热还可以实现更均匀的温度分布，从而提高LED 模块的整体效果。
二、设计原理2.1水冷系统架构水冷散热系统主要包括散热器、水泵、水箱和冷却液。
散热器上安装着多个LED芯片，其底部通道连接到水泵。
水泵将冷却液从水箱中抽出，并通过散热器中的通道循环，从而带走LED芯片产生的热量。
2.2热传导热传导是水冷散热设计中最关键的部分。
散热器的底部采用具有高热导率的材料，如铜或铝，以确保良好的热传导性能。
此外，散热器与LED 芯片之间通常使用热导板或热粘合剂来提高热传导效率。
2.3冷却液选择冷却液的选择也是至关重要的。
冷却液应具有良好的导热性、稳定的化学性质和可靠的工作温度范围。
一般来说，流体的导热性与其流动率成正比，因此采用低粘度的液体可以提高散热效率。
三、设计方法3.1散热器设计散热器的设计通常基于传热原理和流体力学。
通过优化散热器的结构和通道布局，可以最大限度地提高冷却液的流动速度和热量传递效率。
此外，散热器的尺寸和表面积也需要根据LED模块的功率和散热要求进行调整。
3.2冷却液循环冷却液的循环是水冷散热系统的关键。
良好的冷却液循环可以确保LED芯片的均匀散热和稳定的工作温度。
因此，合理设计水泵和水流路径非常重要。
一般来说，水冷系统应具有足够的流量和良好的换热效率。
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》范文
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》篇一一、引言随着LED技术的不断发展，大功率LED的应用越来越广泛。
然而，大功率LED在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地散热，将会影响其使用寿命和性能。
因此，设计一款高效的大功率LED散热系统显得尤为重要。
本文将介绍一种双进双出射流水冷大功率LED散热系统的设计，旨在提高大功率LED 的散热性能，延长其使用寿命。
二、系统设计概述双进双出射流水冷大功率LED散热系统采用双进风口、双出风口的散热设计，通过流水冷却技术，将热量迅速传递并散布到空气中。
该系统主要由进风口、出风口、流水冷却装置、散热片等部分组成。
其中，流水冷却装置是实现高效散热的关键。
三、系统设计细节1. 进风口与出风口设计进风口与出风口的设计要考虑到空气流通性和散热效果。
进风口应设置在LED灯珠的周围，以便快速吸入冷空气。
出风口则应设置在散热片的另一侧，以便将热空气排出。
同时，进风口和出风口的大小和数量要根据LED的功率和散热需求进行合理配置。
2. 流水冷却装置设计流水冷却装置是本系统的核心部分，其作用是将热量从LED 灯珠传递到散热片，并通过水冷装置将热量带走。
该装置主要由水泵、水管、散热器等组成。
水泵负责将冷却水循环流动，水管将冷却水输送到散热器，散热器则通过大面积的散热片将热量迅速散发到空气中。
3. 散热片设计散热片的设计要考虑到散热面积、材质和结构等因素。
散热面积越大，散热效果越好。
因此，散热片应采用大面积、高导热系数的材质制作，以提高散热效果。
同时，散热片的结构也要进行优化设计，以降低热阻，提高热传导效率。
四、系统工作流程双进双出射流水冷大功率LED散热系统的工作流程如下：1. 冷却水通过水泵循环流动，进入散热器。
2. 散热器通过大面积的散热片将LED灯珠产生的热量迅速传递到冷却水中。
3. 冷却水在流经散热器后，通过出水管回到水冷装置的冷却系统，进行再次循环利用。
4. 进风口吸入冷空气，对LED灯珠进行降温。
《2024年多芯片PCB板水冷散热设计与分析》范文
《多芯片PCB板水冷散热设计与分析》篇一一、引言随着现代电子技术的快速发展，多芯片PCB板因其高效、集成和多功能性而被广泛应用。
然而，由于集成芯片的密度不断增加，散热问题成为了制约其性能的关键因素。
传统的散热方式如自然散热、风扇散热等已无法满足高密度芯片的散热需求。
因此，本文提出了一种多芯片PCB板水冷散热设计，通过分析和设计，以提高散热效果，保证系统的稳定性和可靠性。
二、水冷散热技术概述水冷散热技术是一种利用液体循环对电子设备进行冷却的散热技术。
其原理是通过水泵驱动冷却液在散热器与设备之间循环，将设备产生的热量通过散热器传导至冷却液中，再由冷却液将热量传递至外部环境。
水冷散热具有散热效果好、稳定性高、噪音低等优点，适用于高密度、高热流密度的电子设备。
三、多芯片PCB板水冷散热设计（一）设计目标本设计的目标是提高多芯片PCB板的散热效果，降低芯片温度，保证系统的稳定性和可靠性。
设计应满足以下要求：高效性、稳定性、可靠性和可维护性。
（二）设计思路本设计采用水冷散热器作为主要散热装置，通过合理布局散热器、冷却液循环系统和温控系统，实现多芯片PCB板的散热需求。
设计过程中需考虑芯片的布局、散热器与PCB板的接触面积、冷却液的选择等因素。
（三）具体设计1. 芯片布局：根据芯片的尺寸、功耗和热阻等参数，合理规划芯片在PCB板上的布局，以保证散热效果最佳。
2. 散热器设计：采用高导热系数的材料制作散热器，确保其具有良好的导热性能。
散热器应与PCB板紧密接触，提高热传导效率。
同时，设计合适的水道结构，以便冷却液在散热器内部均匀分布。
3. 冷却液循环系统：设计合理的冷却液循环路径，确保冷却液在散热器与设备之间循环畅通。
选用合适的泵和管道材料，保证冷却液循环的稳定性和可靠性。
4. 温控系统：通过温度传感器实时监测芯片温度，根据温度变化调节水泵的转速和冷却液的流量，实现温度的自动控制。
同时，设置报警系统，当温度超过设定值时，及时报警并采取相应措施。
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》篇一一、引言随着LED技术的不断发展，大功率LED的应用越来越广泛。
然而，大功率LED在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地进行散热，将会严重影响其使用寿命和性能。
因此，设计一款高效、可靠的散热系统对于大功率LED的应用至关重要。
本文将介绍一种双进双出射流水冷大功率LED散热系统的设计，以提高大功率LED的散热效果和使用寿命。
二、系统设计概述双进双出射流水冷大功率LED散热系统是一种采用双进口风扇和双出口水冷的散热系统。
该系统通过双进口风扇将外界的冷空气引入，经过散热器进行热交换后，再通过双出口水冷系统将热量传递至冷却水，最终将热量排出。
该系统具有结构简单、散热效果好、使用寿命长等优点。
三、系统结构设计1. 双进口风扇设计双进口风扇的设计可以有效提高散热系统的进风量，从而增加散热效果。
进口风扇的选型应根据大功率LED的功率和发热量进行合理搭配，以保证足够的进风量和散热效果。
同时，进口风扇的安装位置应考虑空气动力学原理，以最大化利用气流。
2. 散热器设计散热器是大功率LED散热系统的核心部件，其设计直接影响着散热效果。
该系统采用的散热器采用铝材制作，具有重量轻、导热性能好等优点。
散热器采用多鳍片结构，增加了散热面积，提高了散热效率。
同时，散热器与LED灯珠之间的接触面积要足够大，以保证热量能够快速传递到散热器上。
3. 双出口水冷系统设计双出口水冷系统是该散热系统的另一重要组成部分。
该系统通过水泵将冷却水循环至散热器，将热量从散热器传递至冷却水，再通过双出口将热量排出。
为了确保冷却水的流量和流速，系统中还配备了流量计和调速泵等设备。
同时，为了保证冷却水的温度稳定，还需配备相应的冷却设备，如冷却塔、冷却盘管等。
四、系统控制设计为了实现对双进双出射流水冷大功率LED散热系统的智能控制，系统应配备相应的控制系统。
该控制系统应具备以下功能：1. 温度检测：通过温度传感器实时检测LED灯珠和散热器的温度，以便及时调整风扇和水泵的工作状态。
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》范文
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》篇一一、引言随着LED技术的快速发展，大功率LED照明设备在各种应用场景中得到了广泛的应用。
然而，大功率LED在工作过程中会产生大量的热量，如果不能有效地进行散热，将导致LED的性能下降，甚至出现烧毁等问题。
因此，设计一款高效、可靠的散热系统对于大功率LED设备的稳定运行至关重要。
本文将详细介绍一种双进双出射流水冷大功率LED散热系统的设计思路、方法及实施过程。
二、系统设计概述双进双出射流水冷大功率LED散热系统是一种采用双进风、双出风设计的流水冷却系统。
该系统通过高效的水冷技术，将大功率LED产生的热量迅速传递并散发出去，保证LED的稳定运行。
系统主要由进风系统、出风系统、水冷循环系统和控制系统四部分组成。
三、进风系统设计进风系统是散热系统的关键部分，它负责将外部冷空气引入系统内部。
双进设计可以有效提高系统的进风量，降低进风阻力。
在进风系统中，我们采用高效的空气过滤器，以减少灰尘等杂质对系统的污染。
同时，通过精确的进风口设计，使冷空气能够迅速进入系统内部，与LED产生的热量进行交换。
四、出风系统设计出风系统负责将散热后的热空气排出系统。
双出设计可以有效地提高系统的排风效率，降低系统内部的温度。
出风系统的设计需要考虑到风道的流线性和排风的均匀性，以确保热空气能够迅速、均匀地排出系统。
五、水冷循环系统设计水冷循环系统是本散热系统的核心部分。
该系统通过循环流动的冷却水，将大功率LED产生的热量迅速传递并散发出去。
我们采用高效的水泵和散热器，以保证冷却水的循环流动和热量的有效散发。
同时，通过精确的水路设计，使冷却水能够均匀地流经LED设备，实现最佳的散热效果。
六、控制系统设计控制系统是整个散热系统的“大脑”，它负责监控系统的运行状态，并根据实际情况调整系统的运行参数。
我们采用先进的温度传感器和控制器，实时监测系统的温度和湿度，根据实际需要自动调整进风量、出风量和冷却水的流量，以保证系统的稳定运行。
大功率LED多芯片模块水冷散热设计
电 子 工 艺 技 术
２ １ ：－ ００ － ￣９
Ｅｅ ｔｏ ｉｓＰ ｏ ｅ ｓＴ ｃ ｎ ｌ ｌｃ ｒ ｎｃ ｒ ｃ ｓ ｅ ｈ ｏｏ
大 功率 Ｌ Ｄ Ｅ 多芯 片模块 水冷 散 热设 计
杨传超 ，王 春青 ，杭春进
（ 哈尔滨 Ｉ， 火学材料 科学 与工程学 院 ，黑龙江 哈尔滨 １ ０ ０ ｌ ｋ ５ ０ １）
功率一 般为 １Ｗ已经大规 模生产 ，３Ｗ 、５Ｗ甚至 １ ０ ｗ的 片也相 继面世 ，芯 片尺寸一 般为０５Ｉ１ Ｘ０５ ． ＴＴ ． ＩＩ
ＬＤ Ｅ 灯具作 为汽车照明光源 ，由于其 长寿命 ，无 延迟 ，抗 震性 好 ，被众 多汽 车制 造商 青 睐。 由于车 用Ｌ Ｄ 闭在灯具 外壳 内， 自然对 流散热不能采用 。 Ｅ封
摘
要 ：针对 车用大功率Ｌ Ｄ 明灯 ，提 出 了水冷热沉散 热设计 。比较 了水冷热沉 内部 串联方式 、伪 串联 Ｅ照
ห้องสมุดไป่ตู้
方式 、并联方式和伪并联方式 四种水道 的对 应Ｌ Ｄ Ｅ 结温与水泵功率 。研 究 了采用并 联方式时Ｌ Ｄ Ｅ 结温与各条 分 水道流速的相对标注偏差值 （ 简称Ｒ Ｄ ）之 间的关 系和降低Ｒ Ｄ 的方法 。计算 了经优化设 计后 的水冷散 热 Ｓ值 Ｓ值
《多芯片PCB板水冷散热设计与分析》范文
《多芯片PCB板水冷散热设计与分析》篇一一、引言随着电子技术的飞速发展，多芯片PCB板在各类电子产品中的应用越来越广泛。
然而，随着芯片密度的增加和性能的提升，散热问题也日益突出。
为了解决这一问题，本文提出了一种多芯片PCB板水冷散热设计，旨在提高散热效率，保证电子设备的稳定运行。
二、设计背景与需求分析在多芯片PCB板的应用中，由于芯片密集度高、功耗大，传统的风冷散热方式往往难以满足散热需求。
水冷散热作为一种高效的散热方式，具有更好的导热性能和更大的散热面积，因此被广泛应用于高性能计算机、服务器等领域。
因此，设计一种适用于多芯片PCB板的水冷散热系统，对于提高电子设备的性能和稳定性具有重要意义。
三、设计思路与方案针对多芯片PCB板的散热需求，本文提出了一种水冷散热设计方案。
该方案主要包括以下几个方面：1. 确定散热对象：首先需要确定多芯片PCB板中需要散热的芯片和模块，以便进行针对性的散热设计。
2. 设计水冷系统：根据散热对象的特点和需求，设计合适的水冷系统。
包括水泵、冷却液、水管、散热器等部件的选型和布局。
3. 确定散热结构：根据多芯片PCB板的布局和空间限制，设计合理的散热结构。
包括散热器与芯片的接触面设计、散热片的布局和数量等。
4. 集成与测试：将水冷系统与多芯片PCB板进行集成，并进行性能测试。
通过测试数据，对设计方案进行优化和调整。
四、具体设计与实现1. 水冷系统设计：选用高效的水泵和冷却液，确保冷却液的循环和导热性能。
水管布局要合理，避免弯曲和挤压，以保证冷却液的流通畅通。
散热器选用具有较大表面积的散热片，以提高散热效率。
2. 散热结构设计：散热器与芯片的接触面采用高导热系数的材料，以减小热阻。
散热片的布局要考虑风道设计和避免相互干扰，以提高散热效果。
同时，要考虑多芯片PCB板的布局和空间限制，确保散热结构的合理性和可行性。
3. 集成与测试：将水冷系统与多芯片PCB板进行集成，确保各部件之间的连接牢固、密封性好。
《多芯片PCB板水冷散热设计与分析》范文
《多芯片PCB板水冷散热设计与分析》篇一一、引言随着电子技术的飞速发展，多芯片PCB板在各种应用中扮演着越来越重要的角色。
然而，随着芯片密度的增加和性能的增强，散热问题成为了制约其进一步发展的关键因素。
因此，设计一种高效、可靠的水冷散热系统对于多芯片PCB板来说显得尤为重要。
本文将详细介绍多芯片PCB板水冷散热系统的设计思路、方法及分析，以期为相关研究和应用提供参考。
二、设计目标本文设计的多芯片PCB板水冷散热系统的目标如下：1. 提高多芯片PCB板的散热性能，确保各芯片在正常工作状态下温度控制在合理范围内。
2. 降低系统运行过程中的噪音，提高用户体验。
3. 确保水冷散热系统的稳定性和可靠性，延长多芯片PCB板的使用寿命。
三、设计思路多芯片PCB板水冷散热系统的设计主要从以下几个方面进行考虑：1. 散热系统结构：根据多芯片PCB板的布局和散热需求，设计合理的散热系统结构，包括水冷头、水管、散热器等部分。
2. 材料选择：选择导热性能好、耐腐蚀、抗老化的材料，如铜、不锈钢等，以提高散热系统的性能和寿命。
3. 冷却液选择：选择具有较低粘度、较高导热系数和良好化学稳定性的冷却液，以实现高效传热和降低噪音。
4. 控制系统：设计控制系统，实时监测系统温度和冷却液流量，实现智能调节，确保系统始终在最佳状态下运行。
四、设计方案多芯片PCB板水冷散热系统的具体设计方案如下：1. 散热系统结构：采用一体式水冷头设计，将水冷头与散热器紧密结合，实现快速导热和散热。
水管采用蛇形走线设计，提高冷却液的流动速度和传热效率。
2. 材料选择：水冷头采用铜材质，具有较高的导热性能；水管和散热器采用不锈钢材质，具有较好的耐腐蚀性和抗老化性能。
3. 冷却液选择：选用去离子水作为冷却液，添加防冻剂和防腐剂以提高其化学稳定性和耐久性。
4. 控制系统：采用温度传感器实时监测系统温度，通过控制阀调节冷却液流量，实现智能调节和自动控制。
五、性能分析多芯片PCB板水冷散热系统的性能分析主要包括以下几个方面：1. 温度控制：通过实际测试，验证所设计的水冷散热系统在各种工作负载下的温度控制效果，确保各芯片的温度控制在合理范围内。
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》范文
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》篇一一、引言随着LED技术的不断发展，大功率LED的应用越来越广泛。
然而，大功率LED在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地散热，将会影响其寿命和性能。
因此，设计一款高效、可靠的散热系统对于大功率LED的应用至关重要。
本文将介绍一种双进双出射流水冷大功率LED散热系统的设计，以提高大功率LED的散热效果。
二、系统设计概述双进双出射流水冷大功率LED散热系统采用双进双出的冷却方式，通过高效的水冷系统将热量迅速传递出去。
该系统主要由进水口、出水口、水泵、散热器、LED灯板等部分组成。
其中，进水口和出水口分别连接水泵和散热器，水泵负责将冷却水从进水口吸入，经过散热器将热量传递出去，再从出水口排出。
三、系统设计细节1. 进水口和出水口设计进水口和出水口的设计应考虑到流量、压力和温度等因素。
进水口应设置过滤器，以防止杂质进入水泵和散热器。
出水口应设置温度传感器，以便实时监测水温，调整水泵的工作状态。
2. 水泵设计水泵是该系统的核心部件之一，其性能直接影响到整个系统的散热效果。
因此，应选用高效、低噪音的水泵，以保证系统的稳定性和可靠性。
同时，水泵的功率和流量应根据实际需求进行选择，以确保冷却水的流量和压力满足散热要求。
3. 散热器设计散热器是该系统的另一个重要组成部分，其作用是将热量从冷却水中传递出去。
散热器的设计应考虑到散热面积、材料、结构等因素。
为了提高散热效果，可以采用多级散热结构，增加散热面积。
同时，应选用导热性能好的材料，如铜或铝等。
4. LED灯板设计LED灯板是该系统的负载部分，其散热性能直接影响到整个系统的效果。
因此，在灯板设计中应考虑到LED的布局、间距、散热片等因素。
为了提高散热效果，可以采用导热性能好的材料制作灯板底座，同时增加散热片的数量和面积。
四、系统工作流程该系统的工作流程如下：首先，水泵将冷却水从进水口吸入，经过散热器将热量传递出去，然后从出水口排出。
《2024年双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》范文
《双进双出射流水冷大功率LED散热系统设计》篇一一、引言随着LED技术的不断发展，大功率LED照明产品已经广泛应用于各种领域。
然而，大功率LED在运行过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地进行散热，将会严重影响其使用寿命和性能。
因此，设计一款高效、可靠的散热系统对于大功率LED 照明产品的性能和寿命至关重要。
本文将介绍一种双进双出射流水冷大功率LED散热系统的设计，旨在提高LED的散热效率，保证其稳定、长久地运行。
二、系统设计概述双进双出射流水冷大功率LED散热系统采用双进口双出口的冷却液循环方式，通过高效的散热器将LED产生的热量迅速传递并散出。
该系统主要包括进水口、出水口、散热器、水泵、水箱、管道及控制系统等部分。
三、设计思路及特点1. 双进双出结构双进双出结构通过增加散热液流的流动通道和速度，使得热交换效率得到提高。
此外，通过多通道、多层次的散热器结构，实现大面积、高效的散热效果。
2. 流水冷技术采用流水冷技术，通过冷却液在散热器内部循环流动，将热量从LED芯片传递至散热器表面，再通过散热器与外界空气的对流和辐射作用将热量散出。
这种技术具有散热效果好、噪音低等优点。
3. 高效散热器设计散热器采用高导热材料，通过多层次、多通道的结构设计，增大散热面积，提高散热效率。
同时，优化散热器的鳍片形状和间距，以降低风阻，提高散热效果。
4. 智能控制系统智能控制系统能够实时监测LED的工作状态和温度，根据实际情况自动调节水泵的转速和冷却液的流量，以保证LED始终处于最佳的工作状态。
此外，控制系统还具有故障诊断和保护功能，确保系统的稳定性和可靠性。
四、系统组成及工作原理1. 进水口和出水口进水口和出水口分别连接水泵和水箱，通过水泵的驱动使冷却液在系统中循环流动。
进水口处设有过滤器，防止杂质进入系统影响散热效果。
2. 水泵和水箱水泵负责驱动冷却液在系统中循环流动，保证散热器始终处于最佳的工作状态。
水箱则负责储存冷却液，保证系统的正常运行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
伪串联和伪并联水道优于串联水道和并联水道，但
效果并不明显。从功耗角度看，并联水道与伪并联
水道优于其它两种水道方式，二者相差1个～2个数
量级。综合上述分析，认为并联和伪并联水道方式
是比较好的两种散热方式。
48
Power T 10
结温θ /℃
46
8
44 6
42
4 40
38
2
36
0
串联
伪串联
并联
伪并联
水道方式
对于大功率的LED多芯片模块水冷散热设计，目 前相关研究仅提出了概念。而对于热沉内部水道方 式选择、水道尺寸数目的优化、循环动力大小的选 择和水头损失的计算等目前还没有相关研究。
整个热沉中仅有一条水路可以允许水冷液体通
过，在入口流量一定的时候，串联方式水道内的液
体的流速将数倍于并联水道中的液体流速，对流换
图6 4种水道方式结温与功耗比较
3 并联水道分析与优化
3.1 结温与RSD值
用相对标准偏差值（Relative Standard Deviation，
以下简称RSD 值）表示并联水道各条分水道之间速度
的均匀程度。RSD 定义为各条分水道峰值速度的标准
偏差与各条分水道峰值速度的算术平均值的比值，
用公式表示如下：
表2 伪串联水道结温、入口压力与水泵功率
温度θ /℃
压力P /Pa
功率P /mW
40.9
3 620
18.1
2.3 并联水道
并联水道CFD模拟如图4所示。并联水道的散热
效果不如串联和伪串联水道，但是结温与串联水道
相差不大，仅高了0.1 ℃。并联水道的水流所受的沿
Speed m/s
0.412471 0.309353 0.206235 0.103118 0.000000
表4 伪并联水道结温、入口压力与水泵功率
温度θ /℃
41.5
压力P /Pa
165
功率P /mW
0.825
Speed m/s
0.422221 0.316666 0.211111 0.105555 0.000000
(单位：m/s)
(a) 伪并联水道建模截面 （b）伪并联水道截面流速分布
Pressure N/m2
(b)水冷结构细节图
图1 大功率LED多芯片模块水冷散热示意图
2 水道方式 2.1 串联水道
4 mm 4 mm 4 mm
（c) 串联水道截面速度向量 (单位:m/s)
图2 串联水道CFD模拟 由压力分布图2(b)可见，在水道的平直段，压力 梯度较小，也就是存在较小的压力水头损失。而在 水道转角处存在较大压力梯度，即在拐角处有较大 的压力水头损失。 由速度向量图2(c)可见，在水道的转弯处，流体 的流向和流速发生了急剧变化，流体粒子相互碰撞， 产生了较大的能量损失，从而大大增加了散热的额外 功率。串联水道结温、入口压力与水泵功率见表1。
作者简介：杨传超（1986- ），男，硕士，主要从事电子封装和微组装技术研究。
电子工艺技术
254
Electronics Process Technology
2010年9月第31卷第5期
mm×200 mm×100 mm。而且，风冷设计需要有畅通 的空气流动通道，大大增加了散热的附加体积。考 虑到众多汽车发动机采用水冷方式散热，一种针对 车用LED的水冷设计被提出。水冷散热方式大大缩小 了热沉的尺寸，热沉尺寸仅仅为50 mm×50 mm×12 mm，约是强制风冷热沉体积的1/160，不需要附加空气 流动通道，循环动力采用发动机水冷系统的支路即可。
电子工艺技术
2010年9月
Electronics Process Technology
253
大功率LED多芯片模块水冷散热设计
杨传超，王春青，杭春进
（哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001）
摘 要：针对车用大功率LED照明灯，提出了水冷热沉散热设计。比较了水冷热沉内部串联方式、伪串联 方式、并联方式和伪并联方式四种水道的对应LED结温与水泵功率。研究了采用并联方式时LED结温与各条分 水道流速的相对标注偏差值（简称RSD值）之间的关系和降低RSD值的方法。计算了经优化设计后的水冷散热 系统各个环节的热阻，并与热管自然对流散热进行了比较。
(School of Materials Science & engineering of Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract: For automobile high-power LED lighting, 9W LED multi-chip module and water cooling heat sink models were developed in Icepak. Serial channel, pseudo-serial channel, parallel channel and pseudo-parallel channel were totally compared. The relationship between PN junction temperature and the relative standard deviation (RSD) of speed in each sub-channel has been investigated. Thermal resistance of each part of optimized water cooling system was calculated,and compared with heat pipe nature convention heat dissipating.
电子工艺技术
256
Electronics Process Technology
2010年9月第31卷第5期
出，在速度回转区内并没有明显的压力梯度，压力
水头没有明显变化，可见这里并不是主要的能量损
耗区。
2.5 四种水道方式比较
图6比较了在入口流量相同的条件下，四种水道
方式对应的LED结温与水泵功耗。从散热效果来看，
表1 串联水道结温、入口压力与水泵功率
温度θ /℃ 41.9
压力P /Pa 1 760
功率P /mW 8.8
2.2 伪串联水道 为了解决串联水道对流散热面积较小的问题，
设计了一种以串联为主导的水道方式，定义其为伪 串联水道。伪串联水道方式即是在串联水道中增加 若干条散热鳍片，可以使对流散热面积增加至原来 的2倍。伪串联水道CFD模拟如图3所示。
42.0
83
0.415
2.4 伪并联水道 为了解决水流在流道内速度分布严重不均衡的
问题，设计了伪并联水道，即各条分水道总体来看 是并联的形式，但热沉内部存在一个水路回转区 域，相当于两个并联水道串联在了一起，定义其为 伪并联水道。并联水道CFD模拟如图5所示。伪并联 水道结温、入口压力与水泵功率见表4。
出射的光子，出光效率降低；尤其对于目前所采用 的荧光粉加蓝光芯片的白光实现方案，过高的温度 会严重影响荧光粉的特性，最终导致波长漂移，颜 色不纯等一系列问题[3～10]。由此可见，散热问题是大 功率LED发展应用的瓶颈之一。
LED灯具作为汽车照明光源，由于其长寿命，无 延迟，抗震性好，被众多汽车制造商青睐。由于车 用LED封闭在灯具外壳内，自然对流散热不能采用。 车用照明要求灯具及散热器体积紧凑，即使是强制 风冷散热，对于9 W的LED多芯片模块，体积也要200
RSD =S /Χ ×100%
（1）
式中：X ——各条分水道峰值速度的算术均值；
S ——各条分水道峰值速度的标准偏差。
结温随RSD值变化曲线如图6所示。不同RSD 值
对应的结温见表5
表5 不同RSD值对应的结温
Key words: LED; Thermal design; Water cooling; RSD; Thermal resistance Document Code: A Article ID: 1001-3474(2010)05-0253-05
LED（Light Emitting Diode）照明耗电量小、发 光效率高并且环保，还具有响应速度快、寿命长、 无辐射、体积小和安全等众多优点。基于目前的半 导体制造技术，LED输入功率中只有大约10%～20% 的能量转化为光能，其它的则转化为热能[1,2]。单片 功率一般为1 W已经大规模生产，3 W、5 W甚至10 W的芯片也相继面世，芯片尺寸一般为0.5 mm×0.5 mm～2.5 mm×2.5 mm，芯片的热流密度达到106 W/ m2以上，随着使用要求的提高，LED芯片的功率逐渐 增大，热问题更加显著。结温升高，直接减少芯片
848.184
389.876
-68.4314
1 有限体积模型建立 如图1所示，在ICEPAK里建立LED多芯片模块
与水冷热沉的三维有限体积模型，LED多芯片模块 由9颗功率1 W芯片和双面覆铜陶瓷（DCB, Directed Copper Bond）基板构成。芯片与基板间采用SnAgCu 钎料作为键合层，基板与水冷热沉之间采用SnBi钎料 作为钎焊层。水冷热沉由纯铜加工而成，选取水作 为对流换热流体，出口压力边界条件为0，入口流量 边界条件为5 mL/s。
227.922 170.941 113.961 56.9805 0.000000
(单位：N/m2)
（c）伪并联水道截面压力分布 图5 并联水道CFD模拟
伪并联水道的散热效果在四种水道方式中最 佳，结温41.5 ℃。由表4与表3比较可得，伪并联水 道方式的水泵功率比并联水道方式的水泵功率提高 了一倍以上。这首先是由于流道内速度增大，沿程 损失增大；二是由于在速度回转区内流体粒子相互 碰撞的局部损失。由图5(c)所示的压力分布图可以看