LED-kjølemetode og -materiale

De første single-chip LEDene var ikke veldig kraftige, hadde begrenset varmeoppbygging, og hadde lite termiske problemer, så pakken var relativt enkel. Men med kontinuerlig gjennombrudd av LED-materialteknologi de siste årene har emballasjeknologien til LED også endret seg. Fra den tidlige single-chip gun-type pakken, har den gradvis utviklet seg til et flatt, stort område multi-chip pakke modul; driftstrømmen er fra tidlig 20mA. Lysdiodene med lav effekt på venstre og høyre har gått til de nåværende høyeffektdiodene på omtrent 1/3 til 1A. Inngangseffekten til en enkelt LED er så høy som 1 W eller mer, og til og med 3 W og 5 W pakkemodusene er mer utviklet.

Siden varmeproblemet forårsaket av lysstyrken og høy effekt LED-systemet vil være nøkkelen til å påvirke funksjonen til produktet, for raskt å utlede varmen som genereres av LED-komponenten til omgivelsene, er det nødvendig å starte med Termisk styring av pakkenivå (L1 og L2). For tiden er bransjepraksis å redusere termisk impedans av pakkemodulen gjennom varmesprederen ved lodding av LED-brikken med lodd eller termisk pasta på en varmespreder.

Mange terminalapplikasjoner, som mini-projektorer, bil- og lyskilder, krever mer enn tusen lumen eller titusener av lumen for et gitt område. Enkeltpakkepakkemoduler er tydelig utilstrekkelige. Å gå til multi-chip LED-pakken og direkte binde brikken til underlaget er en fremtidig utviklings trend.

Varmeproblemet er det største hinderet i utviklingen av lysdioder for belysningsobjekter. Bruken av keramiske eller varme rør er en effektiv måte å forhindre overoppheting. Men varmebehandlingsløsningen øker materialkostnaden. Hensikten med høykvalitets LED-varmeledningsdesign er å effektivt redusere R-sammenføyning er en av de materialbaserte løsningene som gir varmeavledning fra brikken, noe som gir lav termisk motstand, men høy ledningsevne, slik at varme overføres direkte fra brikken gjennom dørfeste eller metaller. Utsiden av pakkehuset.

Selvfølgelig ligner varmeavledningskomponentene til lysdioder lik varmeutslipp av CPUer. De er hovedsakelig luftkjølte moduler som består av varmepumper, varmepumper, vifter og termiske grensesnittmaterialer. Selvfølgelig er vannavkjøling også en av de termiske motordriftene. I den nåværende hotteste storformede LED-TV-bakgrunnsbelysningsmodulen har 40-tommers og 46-tommers LED-baklykter en inngangskraft på henholdsvis 470W og 550W, hvorav 80% omdannes til varme, og den nødvendige varmespredningen er på 360W og 440W eller noe.

Så hvordan tar du denne varmen bort? For tiden er det vannkjølingsmetoder for kjøling i industrien, men det er tvil om høy enhetens pris og pålitelighet. Det er også nyttig å bruke varmeledninger med varmekummer og vifter for kjøling.

Varmedissippingsmetode

Generelt kan kjølebrønnen deles inn i aktivt kjøleskum og passiv kjøleskum i henhold til måten varme blir fjernet fra kjølebrønnen. Den såkalte passive varmespredningen innebærer at varmen til varmekilden LED-lyskilden naturlig utstråles inn i luften gjennom kjølebrettet, og at varmeavledningsvirkningen er proporsjonal med varmenes størrelse, men på grunn av den naturlige varmen dissipation, er effekten selvsagt sterkt redusert, og brukes ofte i disse mellomrommene. I utstyr som ikke er nødvendig, eller brukes til å spre varme for komponenter som genererer mindre varme. For eksempel vedtar noen populære hovedkort også passiv varmeavledning på nordbroen. De fleste av dem vedtar aktiv varmeavledning. Aktiv varmeavledning er tvunget av varmepumper som fans. Varmemassen som er utstrålet, blir tatt bort, som er preget av høy varmeavdrivningseffektivitet og liten størrelse på enheten.

Aktiv varmespredning, oppdelt fra varmespredningsmetoden, kan deles inn i luftkjøling, flytende kjøling, varmeledning, halvlederkjøling, kjemisk kjøling og så videre.

Luftkjølt luftkjølt varme er den vanligste formen for varmeavledning, og i sammenligning er det også en billigere måte. Luftkjøling er i hovedsak en vifte som fjerner varmen som absorberes av kjølebrønnen. Den har fordelene ved relativt lav pris og praktisk installasjon. Det er imidlertid svært avhengig av miljøet, for eksempel stigende temperaturer og overoppheting.

Væskekjøling

Væskeavkjølingsvarmen er tvunget til å sirkulere varmen fra radiatoren av pumpen under kjøring av pumpen. Sammenlignet med luftkjølingen har den fordelene med stillhet, stabil temperaturstabilitet og lav avhengighet av miljøet. Prisen på flytende kjøling er relativt høy, og installasjonen er relativt tungvint. På samme tid skal du installere det så mye som mulig i henhold til instruksjonene i instruksjonene for å få best mulig varmeutslipp. Av hensyn til kostnad og brukervennlighet bruker flytende kjølevarmefordeling vanligvis vann som varmeoverføringsvæske, slik at væskekjølte varmekummer ofte kalles vannkjølte varmekummer.

Varme rør

Varmerøret tilhører et varmeoverføringselement som fullt ut bruker varmeledningsprinsippet og den hurtige varmeoverføringsegenskapen til kjølemediet, og overfører varme ved fordampning og kondensering av væsken i det lukkede vakuumrøret og har ekstremt høyt termisk ledningsevne og god isotermisk temperatur. Varmeoverføringsområdet på begge sider av de varme og kalde sidene kan endres vilkårlig, varmeoverføringen kan være lang avstand, temperaturen kan styres og lignende, og varmeveksleren som består av varmeledningen, har høy varmeoverføringseffektivitet , kompakt struktur, liten væskebestandighet, etc. fordel. Dens varmeledningsevne har langt overskredet termisk ledningsevne av noe kjent metall.

Halvlederkjøling

Halvlederkjøling bruker en spesiell halvlederkjølingsbrikke for å generere en temperaturforskjell for kjøling når den er aktivert. Så lenge varmen ved den høye temperaturenden effektivt kan løsnes, blir den lave temperaturenden avkjølt kontinuerlig. En temperaturforskjell genereres på hver av halvlederpartiklene, og et kjølingsark dannes ved å forbinde dusinvis av slike partikler i serie for å danne en temperaturforskjell på begge overflater av kjølemiddelplaten. Ved å bruke dette temperaturforskjellfenomenet kan luftkjøling / vannkjøling brukes til å avkjøle høytemperaturenden, og en utmerket varmeavledningseffekt kan oppnås. Halvlederkjøling har fordelene ved lav kjøletemperatur og høy pålitelighet. Kaldtemperaturen kan nå under 10 ° C, men kostnaden er for høy, og det kan føre til kortslutning på grunn av lav temperatur. Nå er prosessen med halvlederkjølingsfilm ikke moden nok. praktisk.

Kjemisk kjøling

Den såkalte kjemiske kjølingen er bruken av noen ultra-lave temperaturkjemikalier, som bruker dem til å absorbere en stor mengde varme under smelting for å senke temperaturen. Det er mer vanlig å bruke tøris og flytende nitrogen i denne forbindelse. For eksempel kan bruk av tørris redusere temperaturen til under minus 20 ° C, og noen flere "perverterte" spillere bruker flytende nitrogen for å senke CPU-temperaturen under minus 100 ° C (i teorien), selvfølgelig på grunn av den høye prisen og kort varighet, er disse metodene mer vanlige i laboratoriet eller ekstreme overklokkingsentusiaster.

Materialvalg

Varmoverføringskoeffisient (enhet: W / mK)

Sølv 429

Kobber 401

Gull 317

Aluminium 237

Iron 80

Bly 34.8

1070 aluminiumslegering 226

1050 aluminiumslegering 209

6063 type aluminiumslegering 201

6061 type aluminiumslegering 155

Vanligvis velger vanlige luftkjølte radiatorer naturlig metall som materialet til radiatoren. For de valgte materialene er det ønskelig å ha både høy spesifikk varme og høy termisk ledningsevne. Fra det ovennevnte er sølv og kobber de beste termiske materialene, etterfulgt av gull og aluminium. Imidlertid er gull og sølv for dyrt, så dagens kjøleskum er hovedsakelig laget av aluminium og kobber. Til sammenligning har både kobber og aluminiumslegering sine egne fordeler og ulemper: kobber har god termisk ledningsevne, men prisen er relativt dyr, behandlingen er vanskelig, vekten er for stor og varmekapasiteten til kobbervarmen er liten , og det er lett å oksidere. . På den annen side er ren aluminium for myk for direkte bruk. Den anvendte aluminiumlegeringen kan gi tilstrekkelig hardhet. Fordelen med aluminiumslegering er at den er billig og lett, men termisk ledningsevne er mye verre enn kobber. Derfor, i utviklingen av radiatoren, har følgende materialer vist seg:

Ren aluminium radiator

Rene aluminiums radiatorer er de vanligste radiatorene i de tidlige dager. Fremstillingsprosessen er enkel og kostnaden er lav. Så langt har rene aluminiums radiatorer fortsatt en betydelig del av markedet. For å øke flammens varmeavgivningsområde er den vanligste prosesseringsmetoden for rene aluminiums radiatorer aluminiumekstruderingsteknologi, og hovedindikatoren for å evaluere en ren aluminium-radiator er tykkelsen på radiatorbasen og Pin-Fin-forholdet. Pinne refererer til høyden på finnerne i kjølebrettet, og Fin refererer til avstanden mellom to tilstøtende finner. Pin-Fin-forholdet er høyden på Pin (unntatt tykkelsen på basen) dividert med Fin. Jo større Pin-Fin-forholdet betyr det større varmeavløpsområdet for kjølesystemet, noe som betyr at aluminiumekstruderingsteknologien er mer avansert.

Ren kobber radiator

Kobber har en varmeoverføringskoeffisient på 1,69 ganger det med aluminium, så rene kobbervarmepumper kan fjerne varmen fra varmekilden raskere, alt annet er like. Imidlertid er tekstur av kobber et problem. Mange av de "rene kobber-radiatorene" er egentlig ikke 100% kobber. I kobberlisten kalles kobber som inneholder mer enn 99% syrefritt kobber, og neste kobber er kobber som inneholder mindre enn 85% kobber. Kobberinnholdet i de fleste rene kobbervarmepumper på markedet i dag er et mellomrom. Noen dårligere rene kobber radiatorer inneholder ikke engang 85% kobber. Selv om kostnaden er svært lav, blir deres varmeoverføringskapasitet kraftig redusert, noe som påvirker varmetaben. I tillegg har kobber også åpenbare mangler, høye kostnader, vanskelig prosessering, og for store varmepumper hindrer anvendelsen av kobbervarmepumper. Hardheten i rødt kobber er ikke så bra som aluminiumslegeringen AL6063. Noen mekanisk bearbeiding (som grooving, etc.) er ikke så god som aluminium; kobber har et mye høyere smeltepunkt enn aluminium, noe som ikke bidrar til ekstrudering og andre problemer.

Kobber-aluminium bonding teknologi

Etter å ha vurdert manglene på de to materialene, kobber og aluminium, bruker noen avanserte varmekummer i markedet ofte en kombinasjon av kobber og aluminium. Disse varmesynkene bruker vanligvis en kobbermetallbase, mens kjøleflommene bruker aluminiumslegering. I tillegg til kobberbasen er det også metoder som for eksempel bruk av kobberpost for kjølebrønnen, som er det samme prinsippet. Med høy termisk ledningsevne kan kobberbunnen raskt absorbere varmen som frigjøres av CPU; Aluminiumfinene kan gjøres til en form som er mest gunstig for varmespredning ved hjelp av kompliserte prosesser, og gir stor varmeoppbevaringsplass og hurtig utløsning. Et balansepunkt funnet i alle aspekter.

For å forbedre LED-lysstyrken og levetiden er det viktig å løse problemet med varmefordeling av LED-produkter på dette stadiet. Utviklingen av LED-industrien er også fokusert på utvikling av høy effekt, høy lysstyrke og små LED-produkter. Det varmeavledende substratet med høy varmeavledning og presis størrelse har også blitt en trend i den fremtidige utviklingen av LED-varmeavledende underlag. For tiden er aluminiumoksydsubstratet erstattet av et aluminiumnitrid-substrat, eller dør / substratbindingsmetoden for å erstatte gulltråden med en eutektisk eller flip-chip-prosess brukes til å forbedre lysdiodens effektivitet. Under denne utviklingstrenden er nøyaktigheten av justeringen av det varmeavledende substratet i seg selv ekstremt streng, og det er nødvendig å ha høy varmeavledning, liten størrelse og god vedheft av metalllinjer. Derfor produseres et tynnfilm keramisk varmeavledende substrat ved å bruke gul lysmikroskygge. Det vil bli en av de viktigste katalysatorene for å fremme LEDs kontinuerlige høyeffekt.