的理想选择。石墨烯是单层碳原子紧密排列而成的二维蜂窝状材料，单层石墨烯的面内 热导率超过 5kW/(m K)，是现有热导率最高的薄膜材料。因此，将片状石墨烯均匀分散 在树脂基体中，可在低填料量下获得较高的热导率。[6]

金属焊料又称钎料，是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到 高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相 互扩散实现连接焊件的方法。钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由 不同材料组成的构件。Sn-Pb 钎料因其熔点低、成本低廉和润湿性良好等优点被广泛应 用于电子封装，但因为 Pb 的毒性逐渐被剔出电子工业，取而代之的是无铅钎料。SnAgCu、 SnAg、SnCu 和 SnZn 4 种无铅钎料是目前研究最为广泛的无铅钎料，但是这些无铅钎料 仍有其自身的缺陷，例如抗氧化性较差、润湿性较差、熔点较高、抗蠕变性能较差等。

[7]

1.2.2   结构散热设计

LED 结构散热设计主要指根据热传导、热对流和热辐射基本原理而设计的 LED 散 热器。常用的散热器结构包括被动散热和主动散热。被动散热是通过扩大散热面积来进 行散热，主要是制备和设计各种不同形状的翅片来进行散热。学者们进行了多种模拟计 算和实验设计，甚至采用不同的材料，如纯铜、纯铝、铝合金、镁合金及导热塑料，采 用不同的生产工艺，如铸造和挤压方法，来进行优化设计。目前，如何在设计中实现以 最少的重量、最小的体积达到最优化的散热效果，是翅片散热研究的核心。目前，人们 更注重各种散热方式的综合利用，例如利用设计特殊的翅片结构、利用自然对流、结合 烟囱效应，用以开发特殊的散热结构。[8]

1.3    本课题拟解决的问题

本课题以大功率 LED 射灯为例，首先分析研究 LED 射灯的散热理论基础，建立 LED 射灯的热阻网络模型，在此基础上搭建 LED 射灯散热实验测试平台，并测试不同尺寸 LED 射灯的温度变化，分析其散热薄弱环节，并利用 ProE 建立射灯结构模型，利用有 限元软件 FloEFD 进行热学模拟，对射灯的散热结构进行优化设计，从而得到最佳散热 结构。

1.4    本课题研究目的及意义

本项目主要针对大功率 LED 灯具的散热结构进行二次散热设计，从而实现大功率 LED 灯具的高效热管理，设计制备高散热、低成本的 LED 灯具，降低生产成本的同时 提高散热效果，实现 LED 灯具的产业化，开拓 LED 在节能环保中更广泛的应用。将传 热学、材料学、界面科学、结构热力学、有限元分析等知识和生产工艺结合起来，揭示

大功率 LED 灯具生产设计中的各种热管理技术难题的实质，并利用科学研究方法来研发 解决方案，实现科学数据和生产工艺的完美结合，真正实现科研指导生产，生产指引科 研。

2 大功率 LED 灯具散热方式热阻网络模型

2.1 大功率 LED 灯具主要散热方式文献综述

根据传热学理论，热量传导的三种基本方式为热传导、热对流和热辐射。热量传导 的过程是将热量从物体高温部分传递到低温部分，而散热过程是将热量疏散到周围环境 空间。传热过程和散热过程既有区别又有联系，两者密不可分。可以用传热理论来解释 散热理论。因此散热方式也可分为热传导、热对流和热辐射。[9]

2.1.1 热传导

存在温差的物体各部分之间或不同物体之间直接接触时，依靠分子、原子及自由电 子等微观粒子的热运动而进行热量传递的现象，称为热传导。热传导可以在固体、液体、 气体中发生。