Gelişmiş Tesisler Verimli Üretimİlk tek çipli LED'ler çok güçlü değildi, sınırlı ısı üretimine sahipti ve çok az termal problem vardı, bu nedenle paket nispeten basitti. Bununla birlikte, son yıllarda LED malzeme teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, LED'in paketleme teknolojisi de değişmiştir. Tek çipli silah tipi paketin başından itibaren, yavaş yavaş yassı, geniş alanlı çok çipli bir paket modülüne dönüştü; işletme akımı 20mA'nın başındadır. Sol ve sağdaki düşük güçlü LED'ler, mevcut yüksek güçlü LED'lerin yaklaşık 1/1 ila 1 A'ya yükseldi. Tek bir LED'in giriş gücü 1W veya daha yüksek, hatta 3W ve 5W paket modları daha da gelişti.
Yüksek parlaklık ve yüksek güçlü LED sisteminin neden olduğu ısı sorunu, ürünün işlevini etkilemenin anahtarı olacağından, LED bileşeni tarafından üretilen ısının çevresindeki ortama hızlı bir şekilde boşaltılması, paket seviyesinin termal yönetimi (L1 ve L2). Günümüzde endüstri uygulaması, LED çipini bir ısı yayıcı üzerindeki lehim veya ısıl macunla lehimleyerek ısı modülünün ısı yayıcı aracılığıyla ısıl empedansını azaltmaktır.
Mini projektörler, otomotiv ve aydınlatma kaynakları gibi birçok terminal uygulaması, belirli bir alan için binden fazla lümen veya on binlerce lümen gerektirir. Tek çipli paket modüller açıkça yetersizdir. Çok çipli LED paketine gidip, çipi doğrudan alt tabakaya bağlamak, gelecekteki bir gelişme eğilimidir.
Isı dağılımı sorunu, ışıklandırma nesneleri için LED'lerin geliştirilmesindeki ana engeldir. Seramik veya ısı borularının kullanılması aşırı ısınmayı önlemenin etkili bir yoludur. Bununla birlikte, ısı yönetimi çözümü, malzemelerin maliyetini arttırmaktadır. Yüksek güçlü LED ısı yönetimi tasarımının amacı, R-to-to-case etkin şekilde azaltılması, çipten ısı dağılımı sağlayan, düşük termal direnç sağlayan ancak yüksek iletkenlik sağlayan, ısının doğrudan aktarılmasını sağlayan malzeme bazlı çözümlerden biridir. çipten kalıp ekine veya sıcak metal yöntemlerine. Paket muhafazasının dışı.
Tabii ki, LED'lerin ısı dağılımı bileşenleri CPU'ların ısı dağılımına benzer. Bunlar esas olarak ısı emiciler, ısı boruları, fanlar ve termal arayüz malzemelerinden oluşan hava soğutmalı modüllerdir. Tabii ki, su soğutması aynı zamanda termal önlemlerden biridir. Mevcut en sıcak büyük boyutlu LED TV arka aydınlatma modülünde, 40 inç ve 46 inç LED arka ışıklar, sırasıyla% 80'i ısıya dönüştürülen ve gerekli ısı dağılımı yaklaşık 360W ve 440W olan 470W ve 550W giriş güçlerine sahiptir. ya da öylesine.
Peki bu sıcağı nasıl alıyorsun? Şu anda, endüstride soğutma için su soğutma yöntemleri var, ancak yüksek birim fiyat ve güvenilirlik konusunda şüpheler var. Soğutma için ısı emici ve fanlı ısı borularının kullanılması da yararlıdır.
Isı dağılımı yöntemi
Genel olarak, ısı emici, aktif ısı emiciye ve pasif ısı emiciye, ısının ısı emiciden ayrılma şekline göre ayrılabilir. Pasif ısı dağılımı olarak adlandırılan, ısı kaynağı LED ışık kaynağının ısısının, ısı alıcının içinden doğal olarak havaya yayıldığı ve ısı dağıtım etkisinin ısı alıcının boyutuyla orantılı olduğu, ancak doğal ısı nedeniyle olduğu anlamına gelir. dağıtma, etki elbette büyük ölçüde azaltılır ve bu boşluklarda sıklıkla kullanılır. Gerekli olmayan veya daha az ısı üreten bileşenler için ısıyı dağıtmak için kullanılan ekipmanlarda. Örneğin, bazı popüler anakartlar aynı zamanda kuzey köprüsünde pasif ısı yayılımını benimsemektedir. Birçoğu aktif ısı yayılımını benimser. Aktif ısı dağılımı, fanlar gibi ısı alıcıları tarafından zorlanır. Isı alıcı tarafından yayılan ısı, yüksek ısı dağılımı verimliliği ve cihazın küçük boyutlu olması ile karakterize edilir.
Isı dağıtma yönteminden bölünmüş aktif ısı dağılımı, hava soğutma, sıvı soğutma, ısı borusu soğutma, yarı iletken soğutma, kimyasal soğutma ve benzeri olarak ayrılabilir.
Hava soğutmalı hava soğutmalı ısı, en yaygın ısı yayma şeklidir ve karşılaştırıldığında, aynı zamanda daha ucuz bir yoldur. Hava soğutma, esasen, soğutucu tarafından emilen ısıyı alan bir fandır. Nispeten düşük fiyat ve uygun kurulum avantajlarına sahiptir. Ancak, yükselen sıcaklıklar ve aşırı ısınma performansı gibi çevreye oldukça bağımlıdır.
Sıvı soğutma
Sıvı soğutma ısısı, radyatörün ısısını pompanın tahrikinde pompa tarafından dolaştırmaya zorlanır. Hava soğutması ile karşılaştırıldığında, sessizlik, sabit sıcaklık kararlılığı ve çevreye düşük bağımlılık avantajları vardır. Sıvı soğutma fiyatı nispeten yüksektir ve montaj nispeten zahmetlidir. Aynı zamanda, en iyi ısı dağılımını elde etmek için talimatlardaki talimatlara göre mümkün olduğunca monte edin. Maliyet ve kullanım kolaylığı nedeniyle, sıvı soğutma ısı dağılımı genellikle bir ısı transfer sıvısı olarak su kullanır, bu nedenle sıvı soğutmalı ısı emiciler genellikle su soğutmalı ısı emiciler olarak adlandırılır.
Isı borusu
Isı borusu, ısı iletimi prensibini ve soğutucu akışkan ortamının hızlı ısı aktarım özelliğini tamamen kullanan ve tamamen kapalı vakum borusundaki sıvının buharlaşması ve yoğunlaşması ile ısı transfer eden ve aşırı derecede yüksek olan bir ısı transfer elemanına aittir ve aşırı derecede yüksektir. termal iletkenlik ve iyi izotermal sıcaklık. Sıcak ve soğuk tarafların her iki tarafındaki ısı transfer alanı isteğe bağlı olarak değiştirilebilir, ısı transferi uzun mesafe olabilir, sıcaklık kontrol edilebilir ve benzerleri ve ısı borusundan oluşan ısı değiştirici, yüksek ısı transfer verimliliğine sahiptir. , kompakt yapısı, küçük sıvı direnci, vb avantajı. Isı iletkenliği bilinen herhangi bir metalin termal iletkenliğini çok aştı.
Yarı iletken soğutma
Yarı iletken soğutma, enerji verildiğinde soğutma için bir sıcaklık farkı oluşturmak için özel bir yarı iletken soğutma yongası kullanır. Yüksek sıcaklık ucundaki ısı etkin bir şekilde verilebildiği sürece, düşük sıcaklık ucu sürekli olarak soğutulur. Yarı iletken parçacıkların her birinde bir sıcaklık farkı üretilir ve soğutucu tabakanın her iki yüzeyinde bir sıcaklık farkı oluşturmak üzere bu tip parçacıkların düzinelerce bağlanmasıyla bir soğutma tabakası oluşturulur. Bu sıcaklık farkı fenomeni kullanılarak, yüksek sıcaklık ucunu soğutmak için hava soğutma / su soğutma kullanılabilir ve mükemmel bir ısı dağılımı etkisi elde edilebilir. Yarı iletken soğutma, düşük soğutma sıcaklığı ve yüksek güvenilirlik avantajlarına sahiptir. Soğuk yüzey sıcaklığı 10 ° C'nin altına ulaşabilir, ancak maliyeti çok yüksektir ve düşük sıcaklık nedeniyle kısa devreye neden olabilir. Şimdi yarı iletken soğutma filmi işlemi yeterince olgun değildir. pratik.
Kimyasal soğutma
Sözde kimyasal soğutma, sıcaklıkları düşürmek için eritme sırasında büyük miktarda ısıyı emmek için kullanan bazı çok düşük sıcaklıktaki kimyasalların kullanımıdır. Bu bağlamda kuru buz ve sıvı azot kullanılması daha yaygındır. Örneğin, kuru buz kullanmak, sıcaklığı eksi 20 ° C'nin altına düşürebilir ve bazı "sapkın" oyuncular, yüksek fiyatı nedeniyle eksi 100 ° C'nin altında (teorik olarak) CPU sıcaklığını düşürmek için sıvı azot kullanır. ve kısa sürede, bu Yöntemler laboratuvarda veya aşırı overclock meraklıları için daha yaygındır.
Malzeme seçimi
Isı transfer katsayısı (birim: W / mK)
Gümüş 429
Bakır 401
Altın 317
Alüminyum 237
Demir 80
34.8
1070 alüminyum alaşımı 226
1050 alüminyum alaşımı 209
6063 tip alüminyum alaşımlı 201
6061 tipi alüminyum alaşımı 155
Genelde, sıradan hava soğutmalı radyatörler doğal olarak radyatörün malzemesi olarak metal seçer. Seçilen malzemeler için, hem yüksek özgül ısıya hem de yüksek termal iletkenliğe sahip olmak istenir. Yukarıdan, gümüş ve bakır en iyi termal malzemelerdir, ardından altın ve alüminyum. Bununla birlikte, altın ve gümüş çok pahalıdır, bu nedenle mevcut soğutucu genellikle alüminyum ve bakırdan yapılmıştır. Buna karşılık, hem bakır hem de alüminyum alaşımının kendi avantajları ve dezavantajları vardır: bakırın ısıl iletkenliği iyidir, ancak fiyat nispeten pahalıdır, işlem zordur, ağırlık çok büyüktür ve bakır ısı emicinin ısı kapasitesi küçüktür ve oksitlenmesi kolaydır. . Öte yandan, saf alüminyum doğrudan kullanılamayacak kadar yumuşaktır. Kullanılan alüminyum alaşımı yeterli sertlik sağlayabilir. Alüminyum alaşımının avantajı ucuz ve hafif olmasıdır, ancak termal iletkenlik bakırdan çok daha kötüdür. Bu nedenle, radyatörün gelişim tarihinde, aşağıdaki malzemeler ortaya çıkmıştır:
Saf alüminyum radyatör
Saf alüminyum radyatörler, ilk günlerde en yaygın radyatörlerdir. Üretim süreci basittir ve maliyeti düşüktür. Şimdiye kadar, saf alüminyum radyatörler hala pazarın önemli bir bölümünü işgal ediyor. Kanatların ısı yayma alanını arttırmak için, saf alüminyum radyatörler için en yaygın işleme yöntemi alüminyum ekstrüzyon teknolojisidir ve saf alüminyum radyatörü değerlendirmek için ana gösterge, radyatör tabanının kalınlığı ve Pin-Fin oranının olmasıdır. Pim, ısı emicinin kanatçıklarının yüksekliğini belirtir ve Fin, iki bitişik kanatçık arasındaki mesafeyi belirtir. Pin-Fin oranı, Pin'e bölünen (tabanın kalınlığı hariç) Pin'in yüksekliğidir. Pin-Fin oranı büyüdükçe, ısı alıcının etkin ısı yayma alanı daha büyük, yani alüminyum ekstrüzyon teknolojisinin daha gelişmiş olduğu anlamına gelir.
Saf bakır radyatör
Bakır, alüminyumdan 1,69 kat daha fazla bir ısı transfer katsayısına sahiptir, bu nedenle saf bakır ısı alıcıları ısı kaynağından ısıyı daha çabuk çıkarabilir, diğer her şey eşit olur. Ancak bakırın yapısı bir problemdir. "Saf bakır radyatörlerin" çoğu% 100 bakır değildir. Bakır listesinde,% 99'dan fazla içeren bakır, asitsiz bakır olarak adlandırılır ve bir sonraki bakır sınıfı,% 85'den az bakır içeren bakırdır. Bugün piyasada bulunan çoğu saf bakır ısının bakır içeriği, aralarında bir yerdedir. Bazı düşük kaliteli saf bakır radyatörler bakırın% 85'ini bile içermez. Maliyet çok düşük olmasına rağmen, ısı transfer kapasiteleri, ısı dağılımını etkileyen büyük ölçüde azalır. Ek olarak, bakırın ayrıca belirgin eksiklikleri, yüksek maliyeti, zor işlenmesi ve çok büyük ısı alıcıları tüm bakır ısı alıcılarının uygulanmasını engellemektedir. Kırmızı bakırın sertliği, AL6063 alüminyum alaşımınınki kadar iyi değildir. Bazı mekanik işlemler (kanal açma vb. Gibi) alüminyum kadar iyi değildir; bakırın alüminyumdan çok daha yüksek bir erime noktasına sahip olması, ekstrüzyona ve diğer problemlere elverişli değildir.
Bakır-alüminyum yapıştırma teknolojisi
İki malzemenin eksikliklerini (bakır ve alüminyum) göz önünde bulundurduktan sonra, piyasadaki bazı yüksek kaliteli ısı alıcıları genellikle bakır ve alüminyum kombinasyonunu kullanır. Bu ısı emiciler genellikle bakır metal bir taban kullanırken, ısı emici kanatları alüminyum alaşımı kullanır. Bakır tabanına ek olarak, aynı prensip olan soğutucu için bir bakır direk kullanmak gibi yöntemler de vardır. Yüksek termal iletkenliğe sahip bakır taban, CPU tarafından salınan ısıyı hızla emebilir; alüminyum kanatlar, karmaşık işlemlerle ısı yayılımı için en elverişli olan ve büyük bir ısı depolama alanı ve hızlı salma sağlayan bir şekilde yapılabilir. Her yönüyle bir denge noktası bulundu.
LED ışık verimliliği ve servis ömrünü artırmak için, LED ürünlerinin ısı yayılma problemini çözmek bu aşamadaki en önemli konulardan biridir. LED endüstrisinin gelişimi aynı zamanda yüksek güçlü, yüksek parlaklıklı ve küçük boyutlu LED ürünlerinin geliştirilmesine de odaklanmıştır. Yüksek ısı dağılımı ve kesin ebada sahip olan ısı dağılımı substratı, LED ısı dağılımı substratlarının gelecekteki gelişiminde de bir eğilim haline gelmiştir. Günümüzde, alüminyum oksit substratı bir alüminyum nitrit substratı ile değiştirilir veya LED'in ışık verimliliğini arttırmak için altın telin yerine bir ötektik veya çevirmeli çip işlemi ile değiştirilmesi için kalıp / substrat bağlama yöntemi kullanılır. Bu gelişme eğilimi altında, ısı yayan substratın kendisinin hizalanmasının doğruluğu son derece katıdır ve yüksek ısı dağılımı, küçük boyutlu ve metal hatların iyi bir şekilde yapışması gerekir. Bu nedenle, sarı ışıklı mikro gölge kullanılarak ince bir film seramik ısı dağıtıcı substrat üretilir. LED'in sürekli yüksek gücünü artırmak için önemli katalizörlerden biri haline gelecektir.