Pokročilé zariadenia Efektívna výrobaPočiatočné LED diódy s jedným čipom neboli veľmi výkonné, mali obmedzené množstvo tepla a mali malé tepelné problémy, takže balík bol pomerne jednoduchý. Avšak vďaka nepretržitému prelomu technológie materiálov LED v posledných rokoch sa zmenila aj technológia balenia LED. Od skorého jednoplášťového typu zbraňového typu sa postupne rozvíjal ako plochý veľkoplošný viacčipový balík modulov; jeho prevádzkový prúd je od začiatku 20mA. LED diódy s nízkym výkonom na ľavej a pravej strane prešli na aktuálne LED s vysokým výkonom približne o 1/3 až 1A. Vstupný výkon jednej LED je vysoký ako 1 W alebo viac a dokonca aj 3W a 5W režimy balenia sú vyvíjané viac.
Vzhľadom na to, že problémom s teplom spôsobeným systémom LED s vysokým jasom a vysokým výkonom bude kľúčom k ovplyvneniu funkcie výrobku, rýchlo vyčerpať teplo generované komponentom LED do okolitého prostredia, je potrebné začať s tepelné riadenie úrovne balenia (L1 & L2). Priemyselná prax v súčasnosti spočíva v znížení tepelnej impedancie balíkového modulu prostredníctvom rozdeľovača tepla spájaním LED čipu s pájkou alebo tepelnou pastou na rozdeľovač tepla.
Mnohé terminálové aplikácie, ako sú miniprojektory, automobilové a svetelné zdroje, vyžadujú pre danú oblasť viac ako tisíc lúmenov alebo desiatok tisíc svetiel. Moduly jednočipových balíkov sú jednoznačne nedostatočné. Prechod na multičipový balík LED a priame spojenie čipu s podkladom je ďalší vývojový trend.
Problém rozptylu tepla je hlavnou prekážkou vo vývoji LED diód pre osvetlenie objektov. Použitie keramických alebo tepelných rúr je účinným spôsobom, ako zabrániť prehriatiu. Riešenie tepelného hospodárstva však zvyšuje náklady na materiály. Účelom vysoko výkonného dizajnu riadenia teplej LED je efektívne zníženie spojenia R je jedným z riešení založených na materiáloch, ktoré zabezpečujú odvod tepla z čipu, čo zabezpečuje nízky tepelný odpor, ale vysokú vodivosť umožňujúcu prenos tepla priamo z čipu cez uchytenie alebo metódy horúceho kovu. Vonkajšia časť krytu obalu.
Samozrejme, že komponenty LED diódy odvodu tepla sú podobné rozptylu tepla procesorov. Ide najmä o vzduchom chladené moduly pozostávajúce z chladičov, tepelných rúr, ventilátorov a tepelných rozhraní. Samozrejme, vodné chladenie je tiež jedným z tepelných protiopatrení. V súčasnom najhorúcejšom rozsiahlom module podsvietenia s LED diódami majú 40-palcové a 46-palcové podsvietia LED vstupné výkony 470 W a 550 W, z ktorých 80% sa mení na teplo a požadovaný odvod tepla je približne 360 W a 440 W alebo tak.
Takže, ako odveziete toto teplo? V súčasnosti existujú metódy chladenia vody v priemysle, ale existujú pochybnosti o vysokej jednotkovej cene a spoľahlivosti. Je tiež užitočné použiť tepelné potrubia s chladičmi a ventilátory na chladenie.
Metóda rozptylu tepla
Všeobecne platí, že chladič je možné rozdeliť na aktívny chladič a pasívny chladič podľa toho, ako sa teplo odoberá z chladiča. Takzvaný pasívny odvod tepla znamená, že teplo zdroju zdroja tepla zdroja LED je prirodzene vyžarované do vzduchu cez chladič a efekt rozptýlenia tepla je úmerný veľkosti chladiča, ale kvôli prirodzenému teplu rozptyl, účinok je samozrejme značne znížený a často sa používa v priestoroch. V zariadeniach, ktoré sa nevyžadujú, alebo sa používajú na odvádzanie tepla pre komponenty, ktoré vytvárajú menej tepla. Napríklad niektoré populárne základné dosky taktiež prijímajú pasívny odvod tepla na severnom moste. Väčšina z nich prijíma aktívny odvod tepla. Aktívny odvod tepla je vynútený chladičmi, ako sú ventilátory. Teplo vyžarované chladičom je odstránené, čo je charakteristické vysokou účinnosťou odvodu tepla a malou veľkosťou zariadenia.
Aktívny odvod tepla, rozdelený na metódu rozptylu tepla, možno rozdeliť na vzduchové chladenie, kvapalné chladenie, chladenie tepelných rúr, chladenie polovodičov, chemické chladenie atď.
Vzduchovo chladené vzduchom chladené teplo je najbežnejšou formou rozptýlenia tepla a v porovnaní s tým je aj lacnejším spôsobom. Chladenie vzduchom je v podstate ventilátor, ktorý odoberá teplo absorbované chladičom. Má výhody relatívne nízkej ceny a pohodlnej inštalácie. Je však veľmi závislá od okolitého prostredia, ako sú rastúce teploty a prehriatie.
Chladenie kvapalinou
Chladiace teplo kvapaliny je nútené obehovať teplo chladiča čerpadlom pod pohonom čerpadla. V porovnaní s chladením vzduchom má výhody tichosti, stabilnej teplotnej stability a nízkej závislosti na životnom prostredí. Cena kvapalného chladenia je pomerne vysoká a inštalácia je relatívne ťažkopádna. Zároveň ho podľa pokynov uvedených v návode nainštalujte čo najviac, aby ste dosiahli čo najlepší odvod tepla. Z dôvodov nákladov a jednoduchosti použitia tekutina chladiaceho tepla zvyčajne využíva vodu ako kvapalinu na prenos tepla, takže kvapalné chladiace chladiče sa často označujú ako chladiče chladiace vodou.
Tepelné potrubie
Tepelné potrubie patrí do prvku na prenos tepla, ktorý plne využíva princíp vedenia tepla a rýchleho prenosu tepla chladiaceho média a prenáša teplo odparovaním a kondenzáciou kvapaliny v úplne uzavretej vákuovej trubici a má extrémne vysokú tepelnú vodivosť a dobrú izotermickú teplotu. Oblasť prenosu tepla na obidvoch stranách horúcej a studenej strany sa môže ľubovoľne meniť, prenos tepla môže byť dlhá, teplota môže byť riadená a podobne a výmenník tepla zložený z tepelného potrubia má vysokú účinnosť prenosu tepla , kompaktná štruktúra, malá odolnosť voči tekutine atď. Jeho tepelná vodivosť ďaleko prevyšuje tepelnú vodivosť akéhokoľvek známeho kovu.
Polovodičové chladenie
Polovodičové chladenie používa špeciálny polovodičový chladiaci čip, ktorý generuje teplotný rozdiel pre chladenie pri napájaní. Pokiaľ sa teplo na vysokoteplotnom konci môže účinne rozptýliť, koniec nízkej teploty sa kontinuálne ochladzuje. Na každom z polovodičových častíc sa vytvára teplotný rozdiel a chladiaca fólia je vytvorená pripojením desiatok takýchto častíc do série, aby vytvorili teplotný rozdiel na obidvoch povrchoch chladiaceho tabule. Použitím tohto fenoménu teplotných rozdielov sa môže chladenie vzduchom / chladenie vodou použiť na chladenie konca s vysokou teplotou a môže sa dosiahnuť vynikajúci účinok rozptylu tepla. Polovodičové chladenie má výhody nízkej teploty chladenia a vysokej spoľahlivosti. Teplota studeného povrchu môže dosiahnuť menej ako 10 ° C, ale cena je príliš vysoká a môže spôsobiť skrat v dôsledku nízkej teploty. Teraz proces polovodičového chladiaceho filmu nie je dosť zrelý. praktické.
Chemické chladenie
Takzvané chemické chladenie je použitie niektorých chemikálií s veľmi nízkou teplotou, ktoré ich používajú na absorpciu veľkého množstva tepla počas topenia na zníženie teploty. V tomto ohľade je bežnejšie používať suchý ľad a kvapalný dusík. Napríklad používanie suchého ľadu môže znížiť teplotu na menej ako -20 ° C a niektorí "zvrátené" hráči používajú kvapalný dusík na zníženie teploty CPU pod -100 ° C (teoreticky), samozrejme kvôli vysokej cene a krátke trvanie, tieto metódy sú bežnejšie v laboratóriu alebo extrémne pretaktovanie nadšencov.
Výber materiálu
Koeficient prenosu tepla (jednotka: W / mK)
Silver 429
Meď 401
Zlato 317
Hliník 237
Železo 80
Olovo 34.8
Hliníková zliatina 1070 226
1050 zliatina hliníka 209
Zliatina hliníka typu 6063 201
Zliatina typu 6061 155
Vo všeobecnosti bežné vzduchom chladené radiátory prirodzene vyberajú kov ako materiál radiátora. Pre vybrané materiály je žiaduce mať vysoko špecifické teplo a vysokú tepelnú vodivosť. Z vyššie uvedeného sú striebro a meď najlepšími termálnymi materiálmi, po ktorých nasleduje zlato a hliník. Avšak zlato a striebro sú príliš drahé, takže súčasný chladič je vyrobený hlavne z hliníka a medi. Na porovnanie majú medené aj hliníkové zliatiny svoje vlastné výhody a nevýhody: meď má dobrú tepelnú vodivosť, ale cena je pomerne drahá, spracovanie je náročné, hmotnosť je príliš veľká a tepelná kapacita medeného chladiča je malá , a je ľahké ho oxidovať. , Na druhej strane, čistý hliník je príliš mäkký na použitie priamo. Použitá hliníková zliatina môže poskytnúť dostatočnú tvrdosť. Výhodou hliníkovej zliatiny je, že je lacná a ľahká, ale tepelná vodivosť je oveľa horšia ako meď. Preto v histórii vývoja radiátora sa objavili nasledujúce materiály:
Čistý hliníkový chladič
Čisté hliníkové radiátory sú najčastejšie radiátory v prvých dňoch. Výrobný proces je jednoduchý a náklady sú nízke. Doteraz čisté hliníkové radiátory stále zaberajú značnú časť trhu. Aby sa zvýšila plocha rozptylu tepla plutv, najbežnejšou metódou spracovania pre čisté hliníkové radiátory je technológia extrúzie hliníka a hlavným ukazovateľom na hodnotenie čistého hliníka je hrúbka základne radiátora a pomer Pin-Fin. Pin sa vzťahuje na výšku rebier chladiča a Fin sa vzťahuje na vzdialenosť medzi dvoma susednými rebrami. Pomer Pin-Fin je výška Pin (bez hrúbky základne) vydelená Finom. Čím väčší pomer Pin-Fin znamená väčšiu účinnú oblasť odvádzania tepla chladiča, čo znamená, že technológia extrúzie hliníka je pokročilejšia.
Čistý medený chladič
Meď má koeficient prenosu tepla 1,69-násobok hliníka, takže čističe tepla z čistého média môžu rýchlejšie odvádzať teplo zo zdroja tepla, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké. Avšak textúra medi je problém. Mnohé z "čistých medených radiátorov" nie sú naozaj 100% medi. V zozname meď sa meď obsahujúca viac ako 99% nazýva medená bez obsahu kyseliny a ďalším druhom medi je meď obsahujúca menej než 85% medi. Obsah medi v najviac čistých mraziacich teploch na dnešnom trhu je niekde medzi nimi. Niektoré nižšie čisté medené radiátory neobsahujú ani 85% medi. Hoci sú náklady veľmi nízke, kapacita prenosu tepla je značne znížená, čo ovplyvňuje rozptyl tepla. Okrem toho má meď aj zrejmé nedostatky, vysoké náklady, zložité spracovanie a príliš veľké chladiče bránia aplikácii všetkých chladičov medi. Tvrdosť červenej medi nie je taká dobrá ako hliníková zliatina AL6063. Niektoré mechanické spracovanie (napríklad drážkovanie atď.) Nie je také dobré ako hliník; má meď oveľa vyššiu teplotu topenia ako hliník, čo neprispieva k extrúzii a ďalším problémom.
Spájacia technika z meď-hliník
Po zvážení nedostatkov týchto dvoch materiálov, medi a hliníka, niektoré špičkové chladiče na trhu často používajú kombináciu medi a hliníka. Tieto chladiče zvyčajne používajú kovovú základňu z medi, zatiaľ čo v rebrách chladiča sa používa hliníková zliatina. Okrem medenej bázy existujú aj metódy, ako je použitie medeného stĺpika pre chladič, čo je ten istý princíp. Pri vysokej tepelnej vodivosti môže medené dno rýchlo absorbovať teplo uvoľnené procesorom; hliníkové rebrá môžu byť vyrobené do tvaru, ktorý je najvhodnejší na odvádzanie tepla pomocou zložitých procesov a poskytujú veľký priestor na ukladanie tepla a rýchle uvoľnenie. Vyváženosť sa nachádza vo všetkých aspektoch.
Na zlepšenie efektívnosti LED a životnosti je riešenie problému rozptýlenia tepla LED produktov jednou z najdôležitejších otázok v tejto fáze. Vývoj LED priemyslu sa tiež zameriava na vývoj vysokovýkonných, vysoko jasných a malých LED produktov. Substrát rozptyľujúci teplo s vysokým odvodom tepla a presnou veľkosťou sa tiež stal trendom v budúcom vývoji substrátov, ktoré rozvádzajú teplo z LED. V súčasnosti je substrát oxidu hlinitého nahradený substrátom z nitridu hliníka alebo metóda lepenia / substrátu nahradenia zlatého drôtu eutektickým alebo flipchipovým procesom sa používa na zlepšenie svetelnej účinnosti LED. Podľa tohto vývojového trendu je presnosť nastavenia samotného substrátu rozptyľujúceho teplo extrémne prísna a vyžaduje sa vysoký odvod tepla, malá veľkosť a dobrá adhézia kovových línií. Preto sa tenký film keramický substrát rozptyľujúci teplo vyrába použitím mikro-tieňa žltého svetla. Stane sa jedným z dôležitých katalyzátorov na podporu nepretržitého vysokého výkonu LED.