Facilități avansate Producție eficientăLED-urile inițiale cu un singur cip nu au fost foarte puternice, au avut o generare limitată de căldură și au avut puține probleme termice, astfel încât pachetul era relativ simplu. Cu toate acestea, cu progresul continuu al tehnologiei materialelor LED în ultimii ani, tehnologia de ambalare a LED-urilor sa schimbat, de asemenea. Din pachetul inițial cu un singur tip de pistol, acesta sa dezvoltat treptat într-un modul pachet plat, cu suprafață mare, cu mai multe cipuri; curentul său de funcționare este de la începutul anului 20mA. LED-urile de putere redusă din stânga și din dreapta au progresat până la LED-urile de înaltă putere de circa 1/3 până la 1A. Puterea de intrare a unui singur LED este de 1W sau mai mult și chiar și cele 3W și 5W sunt mai evoluate.
Deoarece problema de căldură cauzată de sistemul cu LED-uri de înaltă luminozitate și de mare putere va fi cheia pentru a afecta funcția produsului, pentru a descărca rapid căldura generată de componenta LED în mediul înconjurător, este necesar să începeți cu managementul termic al nivelului pachetului (L1 & L2). În prezent, practica industrială este de a reduce impedanța termică a modulului pachet prin distribuitorul de căldură prin lipirea chipului LED cu lipire sau pastă termică pe un distribuitor de căldură.
Multe aplicații terminale, cum ar fi mini proiectoare, surse auto și de iluminat, necesită mai mult de o mie de lumeni sau zeci de mii de lumeni pentru o anumită zonă. Modulele pachetelor cu un singur chip sunt în mod clar inadecvate. Deplasarea la pachetul multi-chip LED și lipirea directă a cipului pe substrat este o tendință de dezvoltare viitoare.
Problema de disipare a căldurii este principalul obstacol în dezvoltarea LED-urilor pentru obiecte de iluminat. Utilizarea țevilor ceramice sau a căldurii este o modalitate eficientă de a preveni supraîncălzirea. Cu toate acestea, soluția de gestionare a căldurii mărește costul materialelor. Scopul designului de gestionare a căldurii cu LED-uri de mare putere este reducerea eficientă a joncțiunii R este una dintre soluțiile bazate pe materiale care asigură disiparea căldurii din cip, oferind o rezistență termică scăzută, dar o conductivitate ridicată, permițând căldura să fie transferată direct din cip prin metode atașate sau metode fierbinți. Exteriorul carcasei pachetului.
Desigur, componentele de disipare a căldurii de LED-uri sunt similare cu disiparea căldurii a procesoarelor. Acestea sunt în principal module cu răcire cu aer compuse din chiuvete, conducte de căldură, ventilatoare și materiale de interfață termică. Desigur, răcirea cu apă este, de asemenea, una dintre contramăsurile termice. În modulul de iluminare din spate cu LED-uri de dimensiuni mari, LED-urile de 40 "și 46" au puteri de intrare de 470W și respectiv 550W, din care 80% sunt transformate în căldură, iar disiparea necesară a căldurii este de aproximativ 360W și 440W sau așa.
Deci, cum renunți la această căldură? În prezent, există metode de răcire a apei în industrie, dar există îndoieli cu privire la prețul unitar ridicat și fiabilitatea. De asemenea, este util să folosiți conducte de căldură cu radiatoare și ventilatoare pentru răcire.
Metoda de disipare a căldurii
În general, radiatorul poate fi împărțit în chiuveta activă și în chiuveta pasivă în funcție de felul în care căldura este îndepărtată de la radiator. Așa-numita disipare a căldurii pasive înseamnă că căldura sursei de lumină cu sursă de căldură este radiată în mod natural în aer prin chiuveta de căldură, iar efectul de disipare a căldurii este proporțional cu dimensiunea chiuvetei, dar datorită căldurii naturale disipare, efectul este, desigur, foarte redus și este adesea folosit în spațiile spațiale respective. În echipamentele care nu sunt necesare sau utilizate pentru a disipa căldura pentru componentele care generează mai puțină căldură. De exemplu, unele placi de baza populare adopta de asemenea o disipare pasiva a caldurii pe podul de nord. Cele mai multe dintre ele adoptă disiparea activă a căldurii. Distrugerea activă a căldurii este forțată de chiuvetele de căldură, cum ar fi ventilatoarele. Căldura emisă de radiator este îndepărtată, ceea ce se caracterizează printr-o eficiență ridicată de disipare a căldurii și o dimensiune redusă a dispozitivului.
Disiparea activă a căldurii, împărțită din metoda de disipare a căldurii, poate fi împărțită în răcire cu aer, răcire cu lichid, răcire prin conducte de căldură, refrigerare cu semiconductoare, refrigerare chimică și așa mai departe.
Răcirea cu aer răcită cu aer este cea mai comună formă de disipare a căldurii și, în comparație, este și o modalitate mai ieftină. Răcirea cu aer este în esență un ventilator care elimină căldura absorbită de radiator. Are avantajele unui preț relativ scăzut și o instalare convenabilă. Cu toate acestea, este foarte dependent de mediul înconjurător, cum ar fi temperaturile în creștere și performanțele de supraîncălzire.
Răcirea lichidelor
Căldura de răcire cu lichid este forțată să circule căldura radiatorului de pompă sub conducerea pompei. În comparație cu răcirea cu aer, are avantajele de liniște, stabilitate termică stabilă și dependență scăzută față de mediu. Prețul răcirii lichide este relativ ridicat, iar instalarea este relativ greoaie. În același timp, instalați-o pe cât posibil în conformitate cu instrucțiunile din instrucțiuni pentru a obține cea mai bună dispersie a căldurii. Din motive de cost și ușurință în utilizare, disiparea lichidelor de răcire lichidă utilizează de obicei apă ca lichid de transfer de căldură, astfel încât radiatoarele răcite cu lichid sunt deseori denumite chiuvete de răcire cu răcire cu apă.
Țeavă de căldură
Conducta de căldură aparține unui element de transfer de căldură, care utilizează pe deplin principiul conducerii căldurii și proprietățile de transfer rapid de căldură ale agentului frigorific și transferă căldura prin evaporare și condensarea lichidului în tubul de vid complet închis și are o putere extrem de ridicată conductivitatea termică și temperatura izotermică bună. Suprafața de transfer de căldură de pe ambele părți ale părților calde și reci poate fi schimbată arbitrar, transferul de căldură poate fi lung, temperatura poate fi controlată și altele asemenea, iar schimbătorul de căldură compus din conducta de căldură are o eficiență ridicată a transferului de căldură , structură compactă, rezistență mică la lichid, etc. Conductibilitatea termică a depășit cu mult conductivitatea termică a oricărui metal cunoscut.
Frigidere semiconductoare
Frigiderul semiconductor utilizează un cip de refrigerare special pentru semiconductoare pentru a genera o diferență de temperatură pentru răcire atunci când este alimentată cu energie electrică. Atâta timp cât căldura la capătul temperaturii înalte poate fi eficient disipată, capătul de temperatură joasă este răcit continuu. O diferență de temperatură este generată pe fiecare dintre particulele semiconductoare și o foaie de răcire este formată prin conectarea a zeci de astfel de particule în serie pentru a forma o diferență de temperatură pe ambele suprafețe ale foii de agent frigorific. Folosind acest fenomen de diferență de temperatură, răcirea cu aer / răcirea cu apă poate fi folosită pentru răcirea capătului la temperatură ridicată și poate fi obținut un efect excelent de disipare a căldurii. Frigiderele cu semiconductoare au avantajele temperaturii scăzute de refrigerare și fiabilității ridicate. Temperatura la rece a suprafeței poate ajunge sub 10 ° C, dar costul este prea mare și poate provoca scurtcircuit datorită temperaturii scăzute. Acum, procesul de filmare cu semiconductori de răcire nu este destul de matur. practic.
Răcirea chimică
Așa-numita refrigerare chimică este utilizarea unor produse chimice cu temperatură scăzută, care le utilizează pentru a absorbi o cantitate mare de căldură în timpul topirii pentru a scădea temperatura. Este mai frecvent folosirea gheții uscate și a azotului lichid în această privință. De exemplu, utilizarea gheții uscate poate scădea temperatura sub minus 20 ° C, iar alți jucători "perverși" folosesc azot lichid pentru a scădea temperatura procesorului sub minus 100 ° C (teoretic), desigur, din cauza prețului ridicat și de scurtă durată, această metodă este mai frecventă în cadrul laboratorului sau entuziaștilor cu overclocking extrem.
Selectarea materialelor
Coeficientul de transfer al căldurii (unitate: W / mK)
Argint 429
Cupru 401
Aur 317
Aluminiu 237
Fier 80
Plumb 34.8
1070 aliaj de aluminiu 226
1050 aliaj de aluminiu 209
6063 aliaj de aluminiu de tip 201
6061 aliaj de aluminiu de tip 155
În general, radiatoarele obișnuite cu răcire cu aer aleg naturale metalul ca material al radiatorului. Pentru materialele selectate, este de dorit să existe atât căldură specifică ridicată, cât și conductivitate termică ridicată. Din cele de mai sus, argintul și cuprul sunt cele mai bune materiale termice, urmate de aur și aluminiu. Cu toate acestea, aurul și argintul sunt prea scumpe, deci chiuveta curentă este în principal fabricată din aluminiu și cupru. În comparație, cuprul și aliajul de aluminiu au propriile lor avantaje și dezavantaje: cuprul are o bună conductivitate termică, dar prețul este relativ scump, prelucrarea este dificilă, greutatea este prea mare și capacitatea termică a chiuvetei de cupru este mică , și este ușor de oxidat. . Pe de altă parte, aluminiul pur este prea moale pentru a fi utilizat direct. Aliajul de aluminiu utilizat poate oferi o duritate suficientă. Avantajul aliajului de aluminiu este că este ieftin și ușor, dar conductivitatea termică este mult mai rea decât cuprul. Prin urmare, în istoria dezvoltării radiatorului au apărut următoarele materiale:
Radiatoare din aluminiu pur
Radiatoarele pure din aluminiu sunt radiatoarele cele mai comune în primele zile. Procesul de fabricație este simplu și costul este redus. Până în prezent, radiatoarele pure din aluminiu ocupă încă o parte considerabilă a pieței. Pentru a crește suprafața de disipare a căldurii, cea mai comună metodă de procesare a radiatoarelor din aluminiu pur este tehnologia de extrudare din aluminiu, iar principalul indicator pentru evaluarea unui radiator pur de aluminiu este grosimea bazei radiatorului și raportul Pin-Fin. Pini se referă la înălțimea aripioarelor chiuvetei și Fin se referă la distanța dintre două aripioare adiacente. Rata Pin-Fin este înălțimea pinului (excluzând grosimea bazei) împărțită de Fin. Cu cât raportul Pin-Fin este mai mare, cu atât este mai mare suprafața eficientă de disipare a căldurii, ceea ce înseamnă că tehnologia de extrudare a aluminiului este mai avansată.
Radiatoare din cupru pur
Cuprul are un coeficient de transfer de căldură de 1,69 ori mai mare decât cel din aluminiu, astfel încât chiuvetele de căldură din cupru pot elimina mai rapid căldura din sursa de căldură, toate celelalte fiind egale. Cu toate acestea, textura cuprului este o problemă. Multe dintre "radiatoarele din cupru pur" nu sunt cu adevărat 100% cupru. În lista de cupru, cuprul care conține mai mult de 99% se numește cupru fără acid și următoarea clasă de cupru este cuprul care conține mai puțin de 85% cupru. Conținutul de cupru din cele mai multe chiuvete de căldură din cupru pur pe piață este astăzi undeva între ele. Unele radiatoare inferioare din cupru pur nu conțin nici măcar 85% cupru. Deși costul este foarte scăzut, capacitatea lor de transfer de căldură este mult redusă, ceea ce afectează disiparea căldurii. În plus, cuprul are, de asemenea, deficiențe evidente, costuri ridicate, prelucrare dificilă, iar chiuvetele prea mari împiedică aplicarea chiuvetelor de căldură din cupru. Duritatea cuprului roșu nu este la fel de bună ca cea a aliajului de aluminiu AL6063. Unele prelucrări mecanice (cum ar fi canelurile etc.) nu sunt la fel de bune ca aluminiu; cuprul are un punct de topire mult mai mare decât aluminiu, ceea ce nu conduce la extrudare și la alte probleme.
Tehnologia de lipire a cuprului-aluminiu
După luarea în considerare a deficiențelor celor două materiale, cuprul și aluminiu, unele chiuvete de căldură de vârf de pe piață utilizează adesea o combinație de cupru și aluminiu. Aceste chiuvete utilizează de obicei o bază metalică din cupru, în timp ce aripioarele chiuvetei utilizează aliaj de aluminiu. În plus față de baza de cupru, există, de asemenea, metode cum ar fi utilizarea unui post de cupru pentru radiator, care este același principiu. Cu o conductivitate termică ridicată, fundul cuprului poate absorbi rapid căldura eliberată de CPU; aripioarele de aluminiu pot fi realizate într-o formă care este cea mai favorabilă pentru disiparea căldurii prin procedee complicate și asigură un spațiu mare de stocare a căldurii și o eliberare rapidă. Un punct de echilibru găsit în toate aspectele.
Pentru a îmbunătăți eficiența luminii LED și durata de viață, rezolvarea problemei de disipare a căldurii produselor LED este una dintre cele mai importante probleme în această etapă. Dezvoltarea industriei LED-urilor se concentrează, de asemenea, asupra dezvoltării de produse cu LED-uri de mare putere, de înaltă luminozitate și de dimensiuni reduse. Substratul de disipare a căldurii cu disipare ridicată a căldurii și mărimea exactă a devenit, de asemenea, o tendință în dezvoltarea viitoare a substraturilor cu dispersie a căldurii cu LED. În prezent, substratul de oxid de aluminiu este înlocuit cu un substrat de nitrură de aluminiu sau metoda de lipire a substratului de înlocuire a sârmei de aur printr-un proces de tip eutectic sau flip chip este utilizată pentru a îmbunătăți eficiența luminii LED-ului. În conformitate cu această tendință de dezvoltare, precizia alinierii substratului disipativ al căldurii este extrem de strictă și este necesară o disipare ridicată a căldurii, o dimensiune mică și o bună aderență a liniilor metalice. Prin urmare, un substrat ceramic de disipare a căldurii subțire este produs folosind micro-umbra de lumină galbenă. Acesta va deveni unul dintre catalizatorii importanți pentru a promova puterea continuă ridicată a LED-urilor.