LED-kylningsmetod och material

De initiala single-chip-LED-lamporna var inte så kraftfulla, hade begränsad värmegenerering och hade små termiska problem, så paketet var relativt enkelt. Med det kontinuerliga genombrottet av LED-materialteknologi de senaste åren har dock förpackningstekniken hos LED också förändrats. Från det tidiga paketet med ett enkelt chip-pistol har det successivt utvecklats till en platt, stor-område multi-chip paketmodul; dess driftström är från tidigt 20mA. LED-lamporna med låg effekt till vänster och höger har gått fram till de nuvarande lysdioderna med hög effekt på cirka 1/3 till 1A. Ingångseffekten för en enda LED är så hög som 1W eller mer, och även 3W och 5W-paketlägena utvecklas mer.

Eftersom värmeproblemet som orsakas av LED-systemet med hög ljusstyrka och hög effekt kommer att vara nyckeln för att påverka produktens funktion, för att snabbt ladda ur värmen från LED-komponenten till omgivningen, är det nödvändigt att börja med Termisk hantering av paketnivå (L1 & L2). För närvarande är branschpraxis att minska paketmodulens termiska impedans genom värmespridaren genom att lödda LED-chipet med löd eller termisk pasta på en värmespridare.

Många terminalapplikationer, såsom mini-projektorer, bil- och ljuskällor, kräver mer än tusen lumen eller tiotusentals lumen för ett visst område. Paketmoduler med enkla chip är klart otillräckliga. Att gå till multi-chip LED-paketet och direkt binda chipet till substratet är en framtida utvecklingstendens.

Problemet med värmeavledning är det största hindret i utvecklingen av lysdioder för belysningsobjekt. Användning av keramiska eller värmepanna är ett effektivt sätt att förhindra överhettning. Värmebehandlingslösningen ökar dock kostnaden för material. Syftet med LED-värmehanteringsdesign med hög effekt är att effektivt minska R-kopplingen är en av de materialbaserade lösningarna som ger värmeavledning från chipet, vilket ger låg värmebeständighet men hög konduktivitet, vilket möjliggör överföring av värme direkt från chipet genom matris eller metaller. Utsidan av förpackningshuset.

Naturligtvis är värmeavledningskomponenterna hos lysdioder liknade värmeavlösen av processorer. De är främst luftkylda moduler som består av värmesänkor, värmerör, fläktar och termiska gränssnittsmaterial. Självklart är vattenkylning också en av de termiska motåtgärderna. I den nuvarande hetaste storstora LED-TV-bakgrundsbelysningsmodulen har 40-tums och 46-tums LED-bakgrundsbelysningar en ingående effekt på 470W respektive 550W, varav 80% omvandlas till värme och den erforderliga värmeavlösenn är cirka 360W och 440W eller så.

Så hur tar du den här värmen bort? För närvarande finns det vattenkylningsmetoder för kylning i industrin, men det finns tvivel om hög enhetens pris och pålitlighet. Det är också användbart att använda värmeledningar med värmesänkor och fläktar för kylning.

Värmeavledningsmetod

I allmänhet kan kylflänsen delas upp i aktivt kylfläns och passiv kylfläns enligt hur värmen avlägsnas från kylflänsen. Den så kallade passiva värmeavskiljningen innebär att värmen från värmekällans LED-ljuskälla är naturligt utstrålad i luften genom kylflänsen och värmeavledningseffekten är proportionell mot kylflänsens storlek men på grund av den naturliga värmen avledning, naturligtvis är effekten kraftigt reducerad och används ofta i dessa rymdutrymmen. I utrustning som inte krävs eller används för att släppa värme på komponenter som genererar mindre värme. Till exempel adopterar några populära moderkort också passiv värmeavledning på norra bron. De flesta av dem antar aktiv värmeavledning. Aktiv värmeavledning tvingas av värmesänkor som fläktar. Värmen som emitteras av kylflänsen tas bort, vilket kännetecknas av hög värmeavledningsverkningsgrad och liten storlek hos anordningen.

Aktiv värmeavledning, uppdelad från värmeavledningsmetoden, kan delas upp i luftkylning, flytande kylning, kylning av värmepanna, halvledarkylning, kemisk kylning och så vidare.

Luftkyld luftkyld värme är den vanligaste formen av värmeavledning, och i jämförelse är det också ett billigare sätt. Luftkylning är i huvudsak en fläkt som tar bort värmen som absorberas av kylflänsen. Det har fördelarna med relativt lågt pris och bekväm installation. Det är emellertid mycket beroende av miljön, såsom stigande temperaturer och överhettningsprestanda.

Vätskekylning

Vätskekylvärmen tvingas att cirkulera värmen från radiatorn av pumpen under pumpens körning. Jämfört med luftkylningen har den fördelarna med tystnad, stabil temperaturstabilitet och lågt beroende av miljön. Priset på flytande kylning är relativt hög, och installationen är relativt besvärlig. Installera det så mycket som möjligt enligt instruktionerna i instruktionerna för att få bästa värmeavledning. Av kostnadsskäl och användarvänlighet använder vätskeavkylningsvärmeavledning vanligtvis vatten som värmeöverföringsvätska, så kallas ofta kallkylda värmesänkor som vattenkylda värmesänkor.

Värmeledning

Värmepipet tillhör ett värmeöverföringselement som fullt ut utnyttjar värmeledningsprincipen och kylmediumets snabba värmeöverföringsegenskaper och överför värme genom avdunstning och kondensation av vätskan i det helt slutna vakuumröret och har extremt hög värmeledningsförmåga och god isotermisk temperatur. Värmeöverföringsområdet på båda sidor av heta och kalla sidor kan ändras godtyckligt, värmeöverföringen kan vara lång avstånd, temperaturen kan styras och liknande, och värmeväxlaren som består av värmepipet har hög värmeöverföringseffektivitet , kompakt struktur, liten vätskebeständighet etc. fördel. Dess värmeledningsförmåga har långt överskridit värmeledningsförmågan hos någon känd metall.

Halvledarkylning

Halvledarkylning använder ett speciellt halvledarkylschip för att generera en temperaturskillnad för kylning när den är energiserad. Så länge värmen vid högtemperaturänden effektivt kan släppas, kyls lågtemperaturänden kontinuerligt. En temperaturskillnad genereras på var och en av halvledarpartiklarna och ett kylark bildas genom att koppla samman dussintals sådana partiklar i serie för att bilda en temperaturskillnad på båda ytorna på kylmedelsarket. Genom att använda detta temperaturdifferensfenomen kan luftkylning / vattenkylning användas för att kyla högtemperaturänden och en utmärkt värmeavledande effekt kan erhållas. Halvledarkylning har fördelarna med låg kyltemperatur och hög tillförlitlighet. Den kalla ytan temperaturen kan nå under 10 ° C, men kostnaden är för hög och det kan orsaka kortslutning på grund av låg temperatur. Nu är processen med halvledarkylfilm inte mogen. praktisk.

Kemisk kylning

Den så kallade kemiska kylan är användningen av vissa kemikalier med extremt låg temperatur, som använder dem för att absorbera en stor mängd värme under smältning för att sänka temperaturen. Det är vanligare att använda torris och flytande kväve i detta avseende. Användning av torris kan till exempel sänka temperaturen till under minus 20 ° C, och några fler "perverterade" spelare använder flytande kväve för att sänka CPU-temperaturen under minus 100 ° C (teoretiskt), givetvis på grund av det höga priset och kort varaktighet är dessa metoder vanligare i laboratoriet eller extrema överklockningsentusiaster.

Materialval

Värmeöverföringskoefficient (enhet: W / mK)

Silver 429

Koppar 401

Guld 317

Aluminium 237

Järn 80

Bly 34,8

1070 aluminiumlegering 226

1050 aluminiumlegering 209

6063 typ aluminiumlegering 201

6061 typ aluminiumlegering 155

Vanligtvis väljer vanliga luftkylda radiatorer naturligt metall som radiatorens material. För de valda materialen är det önskvärt att ha både hög specifik värme och hög värmeledningsförmåga. Från ovanstående är silver och koppar de bästa termiska materialen, följt av guld och aluminium. Guld och silver är dock för dyra, så nuvarande kylfläns är främst tillverkad av aluminium och koppar. I jämförelse har både koppar och aluminiumlegering sina egna fördelar och nackdelar: koppar har god värmeledningsförmåga, men priset är relativt dyrt, bearbetningen är svår, vikten är för stor och värmekapaciteten hos kopparens kylfläns är liten , och det är lätt att oxidera. . Å andra sidan är rent aluminium för mjukt att användas direkt. Den använda aluminiumlegeringen kan ge tillräcklig hårdhet. Fördelen med aluminiumlegering är att den är billig och lätt, men värmeledningsförmågan är mycket värre än koppar. Därför har följande material framkommit i utvecklingen av radiatorns historia:

Ren aluminium radiator

Rena aluminium-radiatorer är de vanligaste radiatorerna i de tidiga dagarna. Tillverkningsprocessen är enkel och kostnaden är låg. Hittills upptar rena aluminium-radiatorer fortfarande en betydande del av marknaden. För att öka flänsenas värmeavskiljningsområde är den vanligaste förädlingsmetoden för rena aluminium-radiatorer aluminiumsträngsprutningsteknik, och huvudindikatorn för att utvärdera en ren aluminium radiator är tjockleken på radiatorbasen och Pin-Fin-förhållandet. Knappen hänvisar till höjden på kylflänsen och Fin refererar till avståndet mellan två närliggande fenor. Pin-Fin-förhållandet är höjden på Pin (exklusive basens tjocklek) dividerad med Fin. Ju större Pin-Fin-förhållandet betyder det större värmeavledningsområdet för kylflänsen, vilket innebär att aluminiumsprutningstekniken är mer avancerad.

Ren kopparradio

Koppar har en värmeöverföringskoefficient på 1,69 gånger den hos aluminium, så rena kopparvärmesänkor kan ta bort värmen från värmekällan snabbare, allt annat lika. Emellertid är texturen av koppar ett problem. Många av de "rena kopparstrålarna" är inte riktigt 100% koppar. På kopparlistan kallas koppar som innehåller mer än 99% syrafritt koppar, och nästa koppar är koppar som innehåller mindre än 85% koppar. Kopparhalten i renaste kopparvärmen sänker på marknaden idag är någonstans däremellan. Några underlägsna rena kopparstrålare innehåller inte ens 85% koppar. Även om kostnaden är mycket låg, minskar deras värmeöverföringskapacitet kraftigt, vilket påverkar värmeavledning. Dessutom har koppar också uppenbara brister, hög kostnad, svår bearbetning och alltför stora värmesänkor hindrar användningen av kopparvärmare. Hårdheten i röd koppar är inte lika bra som aluminiumlegeringen AL6063. Vissa mekaniska bearbetningar (som grooving etc.) är inte lika bra som aluminium; koppar har en mycket högre smältpunkt än aluminium, vilket inte bidrar till extrudering och andra problem.

Koppar-aluminiumbindningsteknik

Efter att ha tagit hänsyn till bristerna i de två materialen, koppar och aluminium, använder en del high-end värmesänkor på marknaden ofta en kombination av koppar och aluminium. Dessa värmesänkor brukar använda en kopparmetallbas, medan kylflänsarna använder aluminiumlegering. Förutom kopparbasen finns det också metoder som att använda en kopparstolpe för kylflänsen, vilket är samma princip. Med hög värmeledningsförmåga kan kopparbotten snabbt absorbera värmen som frigörs av CPU: n; Aluminiumfenorna kan tillverkas i en form som är mest fördelaktig för värmeavledning genom komplicerade processer, och ger ett stort värmeförvaringsutrymme och snabb frigöring. En balanspunkt som finns i alla aspekter.

För att förbättra LED-ljusstyrkan och livslängden är lösningen av värmeavledningsproblemet hos LED-produkter en av de viktigaste frågorna i detta skede. Utvecklingen av LED-industrin är också inriktad på utveckling av hög effekt, hög ljusstyrka och små LED-produkter. Det värmeavledande substratet med hög värmeavledning och exakt storlek har också blivit en trend för framtida utveckling av LED-värmeavledande substrat. För närvarande ersätts aluminiumoxidsubstratet med ett aluminiumnitrid-substrat, eller dys / substratbindningsmetoden för att ersätta guldtråden med en eutektisk eller flip-chip-process används för att förbättra LED-effektiviteten hos LED-lampan. Under denna utvecklingstendens är noggrannheten i inriktningen av det värmeavledande substratet i sig extremt strikt och det krävs hög värmeavledning, liten storlek och god vidhäftning av metallledningar. Därför produceras ett tunnfilm keramiskt värmeavledande substrat genom användning av gul ljusmikroskugga. Det blir en av de viktiga katalysatorerna för att främja LEDs kontinuerliga hög effekt.