Napredna postrojenja Učinkovita proizvodnjaPočetni LED s jednim čipom nisu bili jako moćni, imali su ograničenu proizvodnju topline i imali su malo toplinskih problema, tako da je paket bio relativno jednostavan. Međutim, uz kontinuirani prodor LED materijala u posljednjih nekoliko godina, tehnologija pakiranja LED-a se također promijenila. Od ranog paketa s pištoljima s jednim čipom, postupno se razvio u plosnati, višestruki paketni modul s više čipova; njegova radna struja je od ranih 20mA. LED-ovi male snage na lijevoj i desnoj strani napredovali su do trenutnih LED-ova velike snage od oko 1/3 do 1A. Ulazna snaga jednog LED-a je do 1 W ili više, a čak su i 3W i 5W paketi više razvijeni.
Budući da će problem topline uzrokovan visokim svjetlom i LED sustavom velike snage biti ključ za djelovanje proizvoda, za brzo ispuštanje topline koju generira LED komponenta u okolni prostor, potrebno je započeti s upravljanje toplinom na razini paketa (L1 i L2). Trenutno, industrijska praksa je smanjiti toplinsku impedanciju modula pakiranja kroz posipač topline lemljenjem LED čipa s lemom ili termalnom pastom na rasipaču topline.
Mnoge aplikacije terminala, kao što su mini projektori, automobilski i rasvjetni izvori, zahtijevaju više od tisuću lumena ili desetke tisuća lumena za određeno područje. Moduli s jednim čipom su očito nedovoljni. Odlazak na LED paket s više čipova i izravno povezivanje čipa s podlogom je budući razvojni trend.
Problem rasipanja topline je glavna prepreka u razvoju LED dioda za rasvjetne objekte. Korištenje keramičkih ili toplinskih cijevi je učinkovit način za sprečavanje pregrijavanja. Međutim, rješenje za upravljanje toplinom povećava troškove materijala. Svrha dizajna visokoučinkovitog upravljanja toplinom LED-a je učinkovito smanjiti R-spajanje na slučaj jedna od rješenja na bazi materijala koja osigurava odvajanje topline od čipa, pružajući nisku toplinsku otpornost, ali visoku vodljivost, omogućujući prijenos topline izravno od čipa preko matice ili vruće metalne metode. Vanjska strana kućišta pakiranja.
Naravno, komponente rasipanja topline LED dioda slične su rasipanju topline procesora. Uglavnom su to zračno hlađeni moduli koji se sastoje od rashladnih tijela, toplinskih cijevi, ventilatora i termalnih materijala sučelja. Naravno, vodeno hlađenje je također jedna od toplinskih protumjera. U trenutnom najtoplijem LED pozadinskom modulu, 40-inčni i 46-inčni LED pozadinsko osvjetljenje imaju ulazne snage od 470W i 550W, od čega se 80% pretvara u toplinu, a potrebno rasipanje topline je oko 360W i 440W. ili tako.
Kako onda oduzeti ovu toplinu? Trenutno postoje rashladne metode za hlađenje vode u industriji, ali postoje sumnje u visoku jediničnu cijenu i pouzdanost. Također je korisno koristiti toplinske cijevi s hladnjacima i ventilatorima za hlađenje.
Metoda rasipanja topline
Općenito, hladnjak se može podijeliti na aktivni hladnjak i pasivni rashladni element u skladu s načinom na koji se toplina uklanja iz hladnjaka. Takozvana pasivna disipacija topline znači da toplina izvora topline LED izvora svjetlosti prirodno zrači kroz zrak kroz hladnjak, a učinak rasipanja topline proporcionalan je veličini rashladnog tijela, ali zbog prirodne topline disipacija, učinak je naravno uvelike smanjen i često se koristi u tim prostornim prostorima. U opremi koja nije potrebna ili se koristi za rasipanje topline za komponente koje proizvode manje topline. Na primjer, neke popularne matične ploče također prihvaćaju pasivno odvođenje topline na sjevernom mostu. Većina njih prihvaća aktivno rasipanje topline. Aktivno rasipanje topline prisiljeni su odvodnicima topline kao što su ventilatori. Toplina koju emitira hladnjak se oduzima, što se odlikuje visokom učinkovitošću rasipanja topline i malom veličinom uređaja.
Aktivno rasipanje topline, podijeljeno na metodu disipacije topline, može se podijeliti na hlađenje zrakom, hlađenje tekućinom, hlađenje toplinske cijevi, hlađenje poluvodičima, kemijsko hlađenje i tako dalje.
Zrakom hlađena zrakom hlađena toplina najčešći je oblik disipacije topline, au usporedbi s tim, to je i jeftiniji način. Hlađenje zraka je u osnovi ventilator koji oduzima toplinu koju apsorbira hladnjak. Ima prednosti relativno niske cijene i praktične instalacije. Međutim, vrlo je ovisan o okolišu, kao što su povišene temperature i performanse pregrijavanja.
Hlađenje tekućinom
Toplinska toplina za hlađenje je prisiljena cirkulirati toplinu radijatora pomoću pumpe pod vožnjom pumpe. U usporedbi s hlađenjem zraka ima prednosti tišine, stabilne temperaturne stabilnosti i niske ovisnosti o okolišu. Cijena hlađenja tekućinom je relativno visoka, a instalacija je relativno glomazna. U isto vrijeme, instalirajte ga što je više moguće prema uputama u uputama kako biste dobili najbolje odvođenje topline. Zbog troškova i jednostavnosti upotrebe, rashlađivanje topline tekućim hlađenjem obično koristi vodu kao tekućinu za prijenos topline, tako da se tekućinom hlađeni rashladni sudoperi često nazivaju vodeno hlađeni hladnjaci.
Toplinska cijev
Toplinska cijev pripada elementu za prijenos topline, koji u potpunosti koristi princip provođenja topline i brzog prijenosa topline rashladnog medija, i prenosi toplinu isparavanjem i kondenzacijom tekućine u potpuno zatvorenoj vakuumskoj cijevi i ima izuzetno visoku temperaturu. toplinska vodljivost i dobra izotermna temperatura. Područje prijenosa topline na obje strane vruće i hladne strane može se proizvoljno promijeniti, prijenos topline može biti duga udaljenost, temperatura se može kontrolirati, i slično, a izmjenjivač topline sastavljen od toplinske cijevi ima visoku učinkovitost prijenosa topline. , kompaktna struktura, mali otpor fluida, itd. prednost. Njegova toplinska vodljivost daleko je premašila toplinsku provodljivost bilo kojeg poznatog metala.
Poluvodičko hlađenje
Poluvodički rashladni sustav koristi posebni poluvodički čip za hlađenje kako bi generirao temperaturnu razliku za hlađenje kada se napaja. Sve dok se toplina na kraju visoke temperature može učinkovito disipirati, kraj niskih temperatura se kontinuirano hladi. Temperaturna razlika se generira na svakoj od poluvodičkih čestica, a rashladni list se formira spajanjem desetaka takvih čestica u nizu da se formira temperaturna razlika na obje površine rashladne ploče. Koristeći ovaj fenomen temperaturne razlike, hlađenje zrakom / hlađenje vodom može se koristiti za hlađenje kraja visoke temperature, te se može postići odličan učinak rasipanja topline. Poluvodički hladnjak ima prednosti niske temperature hlađenja i visoke pouzdanosti. Temperatura hladne površine može doseći ispod 10 ° C, ali je cijena previsoka i može uzrokovati kratki spoj zbog niske temperature. Sada proces poluvodičkog rashladnog filma nije dovoljno zreo. praktična.
Kemijsko hlađenje
Takozvano kemijsko hlađenje je upotreba nekih kemikalija s ultra niskim temperaturama, koje ih koriste za apsorpciju velike količine topline tijekom topljenja kako bi se smanjila temperatura. U tom smislu češće se koristi suhi led i tekući dušik. Primjerice, korištenje suhog leda može smanjiti temperaturu ispod minus 20 ° C, a neki "perverzniji" igrači koriste tekući dušik kako bi snizili temperaturu procesora ispod minus 100 ° C (u teoriji), naravno, zbog visoke cijene i kratko trajanje, ove metode su češće u laboratoriju ili ekstremnim entuzijastima overclockinga.
Odabir materijala
Koeficijent prijenosa topline (jedinica: W / mK)
Srebro 429
Bakar 401
Zlato 317
Aluminij 237
Željezo 80
Olovo 34.8
1070 aluminijske legure 226
1050 aluminijske legure 209
Aluminijska legura 6063 tipa 201
Aluminijska legura tipa 6061 155
Općenito, obični zrakom hlađeni radijatori prirodno odabiru metal kao materijal radijatora. Za odabrane materijale, poželjno je imati i visoku specifičnu toplinu i visoku toplinsku provodljivost. Iz navedenog, srebro i bakar su najbolji termalni materijali, a zatim zlato i aluminij. Međutim, zlato i srebro su preskupi, tako da je trenutni hladnjak uglavnom izrađen od aluminija i bakra. Za usporedbu, bakar i aluminijske legure imaju svoje prednosti i nedostatke: bakar ima dobru toplinsku provodljivost, ali cijena je relativno skupa, obrada je teška, težina je prevelika, a toplinski kapacitet bakrenog hladnjaka je mali i lako se oksidira. , S druge strane, čisti aluminij je previše mekan da bi se mogao izravno koristiti. Korištena aluminijska legura može pružiti dovoljnu tvrdoću. Prednost aluminijske legure je u tome što je jeftin i lagan, ali je toplinska vodljivost mnogo gora od bakra. Stoga su se u povijesti razvoja radijatora pojavili sljedeći materijali:
Čisti aluminijski radijator
Čisti aluminijski radijatori najčešći su radijatori u ranim danima. Proces proizvodnje je jednostavan i cijena je niska. Do sada, čisti aluminijski radijatori i dalje zauzimaju značajan dio tržišta. Kako bi se povećala površina disipacije topline peraja, najčešći način obrade čistog aluminijskog radijatora je tehnologija ekstruzije aluminija, a glavni pokazatelj za procjenu čistog aluminijskog radijatora je debljina baze radijatora i omjer Pin-Fin. Pin se odnosi na visinu peraja rashladnog tijela, a Fin se odnosi na udaljenost između dva susjedna rebra. Pin-Fin omjer je visina Pin-a (bez debljine podnožja) podijeljena s Fin. Što je veći Pin-Fin omjer znači veći efektivni prostor za odvođenje topline u rashladnom tijelu, što znači da je tehnologija ekstruzije aluminija naprednija.
Čisti bakreni radijator
Bakar ima koeficijent prijenosa topline od 1,69 puta veći od aluminija, tako da čisti bakreni toplinski sudoperi mogu brže ukloniti toplinu iz izvora topline, a sve ostale stvari su jednake. Međutim, tekstura bakra je problem. Mnogi od "čistih bakrenih radijatora" nisu zapravo 100% bakar. U popisu bakra bakar koji sadrži više od 99% naziva se bezkiselinski bakar, a sljedeći stupanj bakra je bakar koji sadrži manje od 85% bakra. Sadržaj bakra u većini čistih bakrenih toplinskih sudopera na tržištu danas je negdje između. Neki inferiorni čisti bakreni radijatori ne sadrže čak 85% bakra. Iako je cijena vrlo niska, njihov kapacitet prijenosa topline uvelike se smanjuje, što utječe na rasipanje topline. Osim toga, bakar također ima očigledne nedostatke, visoku cijenu, tešku obradu i prevelike odvodnike topline koji ometaju primjenu bakarnih odvoda topline. Tvrdoća crvenog bakra nije tako dobra kao kod aluminijske legure AL6063. Neka mehanička obrada (kao što je žljebljenje, itd.) Nije tako dobra kao aluminij; bakar ima mnogo višu točku taljenja od aluminija, što ne dovodi do ekstruzije i drugih problema.
Tehnologija spajanja bakrom i aluminijem
Nakon razmatranja nedostataka dvaju materijala, bakra i aluminija, neki vrhunski hladnjaci na tržištu često koriste kombinaciju bakra i aluminija. Ovi hladnjaci obično koriste metalnu bazu od bakra, dok rebra rashladnog tijela koriste aluminijsku leguru. Osim bakrenih baza, postoje i metode kao što je korištenje bakrenog stupa za hladnjak, što je isti princip. Uz visoku toplinsku provodljivost, dno bakra može brzo apsorbirati toplinu koju oslobađa CPU; aluminijske peraje mogu biti napravljene u obliku koji je najpogodniji za rasipanje topline pomoću kompliciranih procesa, te osiguravaju veliki prostor za pohranu topline i brzo oslobađanje. Točka ravnoteže pronađena u svim aspektima.
Kako bi se poboljšala LED svjetlosna učinkovitost i životni vijek, rješavanje problema rasipanja topline LED proizvoda jedan je od najvažnijih problema u ovoj fazi. Razvoj LED industrije također je usmjeren na razvoj visokoučinkovitih, visoko osvijetljenih i malih LED proizvoda. Podloga za rasipanje topline s visokim rasipanjem topline i preciznom veličinom također je postala trend u budućem razvoju LED podloga koje troše toplinu. Trenutno je supstrat aluminijevog oksida zamijenjen supstratom od aluminijevog nitrida, ili se postupak vezivanja matrice / supstrata za zamjenu zlatne žice eutektičnim ili flip chip procesom koristi za poboljšanje svjetlosne učinkovitosti LED. Prema ovom trendu razvoja, preciznost poravnanja same podloge za disipaciju topline je iznimno stroga, te je potrebno imati visoku disipaciju topline, malu veličinu i dobru adheziju metalnih linija. Stoga se tankoslojnom keramičkom podlogom za rasipanje topline dobiva mikro-sjena od žute svjetlosti. Postat će jedan od važnih katalizatora za promicanje visoke LED snage.