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廣東勤美照明科技有限公司

GUANGDONG QINMEI LIGHTING TECHNOLOGY CO., LTD.

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LED散熱技術(shù)及散熱材料

2017-11-29

散熱是影響LED燈具照明強(qiáng)度的一個(gè)主要因素。散熱片能解決低照明度LED燈具的散熱問題。一個(gè)散熱片是無法解決75W或者100W LED燈具的散熱問題的。

  為了達(dá)到理想的照明強(qiáng)度,必須使用主動(dòng)冷卻技術(shù)來解決LED 燈具組件釋放的熱量。一些主動(dòng)冷卻解決方案例如風(fēng)扇的壽命沒有LED燈具高。為了給高亮度LED燈具提供一個(gè)實(shí)用的主動(dòng)冷卻解決方案,散熱技術(shù)必須是低能耗的;并且能適用于小型燈具;其壽命要與燈源相似或高于燈源。

  散熱方式

  一般說來,依照從散熱器帶走熱量的方式,可以將散熱器分為主動(dòng)式散熱和被動(dòng)式散熱。所謂的被動(dòng)式散熱,是指通過散熱片將熱源LED光源熱量自然散發(fā)到空氣中,其散熱的效果與散熱片大小成正比,但因?yàn)槭亲匀簧l(fā)熱量,效果當(dāng)然大打折扣,常常用在那些對空間沒有要求的設(shè)備中,或者用于為發(fā)熱量不大的部件散熱,如部分普及型主板在北橋上也采取被動(dòng)式散熱,絕大多數(shù)采取主動(dòng)式散熱式,主動(dòng)式散熱就是通過風(fēng)扇等散熱設(shè)備強(qiáng)迫性地將散熱片發(fā)出的熱量帶走,其特點(diǎn)是散熱效率高,而且設(shè)備體積小。

  主動(dòng)式散熱,從散熱方式上細(xì)分,可以分為風(fēng)冷散熱、液冷散熱、熱管散熱、半導(dǎo)體制冷、化學(xué)制冷等等。

  風(fēng)冷風(fēng)冷散熱是Z常見的散熱方式,相比較而言,也是較廉價(jià)的方式。風(fēng)冷散熱從實(shí)質(zhì)上講就是使用風(fēng)扇帶走散熱器所吸收的熱量。具有價(jià)格相對較低,安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。但對環(huán)境依賴比較高,例如氣溫升高以及超頻時(shí)其散熱性能就會(huì)大受影響。

  液冷

  液冷散熱是通過液體在泵的帶動(dòng)下強(qiáng)制循環(huán)帶走散熱器的熱量,與風(fēng)冷相比,具有安靜、降溫穩(wěn)定、對環(huán)境依賴小等等優(yōu)點(diǎn)。液冷的價(jià)格相對較高,而且安裝也相對麻煩一些。同時(shí)安裝時(shí)盡量按照說明書指導(dǎo)的方法安裝才能獲得Z佳的散熱效果。出于成本及易用性的考慮,液冷散熱通常采用水做為導(dǎo)熱液體,因此液冷散熱器也常常被稱為水冷散熱器。

  熱管

  熱管屬于一種傳熱元件,它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì),通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量,具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn),并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小等優(yōu)點(diǎn)。其導(dǎo)熱能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。

  半導(dǎo)體制冷

  半導(dǎo)體制冷就是利用一種特制的半導(dǎo)體制冷片在通電時(shí)產(chǎn)生溫差來制冷,只要高溫端的熱量能有效的散發(fā)掉,則低溫端就不斷的被冷卻。在每個(gè)半導(dǎo)體顆粒上都產(chǎn)生溫差,一個(gè)制冷片由幾十個(gè)這樣的顆粒串聯(lián)而成,從而在制冷片的兩個(gè)表面形成一個(gè)溫差。利用這種溫差現(xiàn)象,配合風(fēng)冷/水冷對高溫端進(jìn)行降溫,能得到優(yōu)秀的散熱效果。半導(dǎo)體制冷具有制冷溫度低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),冷面溫度可以達(dá)到零下10℃以下,但是成本太高,而且可能會(huì)因溫度過低導(dǎo)致造成短路,而且現(xiàn)在半導(dǎo)體制冷片的工藝也不成熟,不夠?qū)嵱谩?/p>

  化學(xué)制冷

  所謂化學(xué)制冷,就是使用一些超低溫化學(xué)物質(zhì),利用它們在融化的時(shí)候吸收大量的熱量來降低溫度。這方面以使用干冰和液氮較為常見。比如使用干冰可以將溫度降低到零下20℃以下,還有一些更‘變態(tài)’的玩家利用液氮將CPU溫度降到零下100℃以下(理論上),當(dāng)然由于價(jià)格昂貴和持續(xù)時(shí)間太短,這個(gè)方法多見于實(shí)驗(yàn)室或極端的超頻愛好者。

  材質(zhì)的選擇

  熱傳導(dǎo)系數(shù) (單位: W/mK)

  銀 429

  銅 401

  金 317

  鋁 237

  鐵 80

  鉛 34.8

  1070 型鋁合金 226

  1050型鋁合金 209

  6063 型鋁合金 201

  6061型鋁合金 155

  一般說來,普通風(fēng)冷散熱器自然要選擇金屬作為散熱器的材料。對所選用的材料,希望其同時(shí)具有高比熱和高熱傳導(dǎo)系數(shù),從上可以看出,銀和銅是Z好的導(dǎo)熱材料,其次是金和鋁。但是金、銀太過昂貴,所以,目前散熱片主要由鋁和銅制成。相比較而言,銅和鋁合金二者同時(shí)各有其優(yōu)缺點(diǎn):銅的導(dǎo)熱性好,但價(jià)格較貴,加工難度較高,重量過大,且銅制散熱器熱容量較小,而且容易氧化。另一方面純鋁太軟,不能直接使用,都是使用的鋁合金才能提供足夠的硬度,鋁合金的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉,重量輕,但導(dǎo)熱性比銅就要差很多。所以在散熱器的發(fā)展史上也出現(xiàn)了以下幾種材質(zhì)的產(chǎn)品:

  純鋁散熱器

  純鋁散熱器是早期Z為常見的散熱器,其制造工藝簡單,成本低,到目前為止,純鋁散熱器仍然占據(jù)著相當(dāng)一部分市場。為增加其鰭片的散熱面積,純鋁散熱器Z常用的加工手段是鋁擠壓技術(shù),而評(píng)價(jià)一款純鋁散熱器的主要指標(biāo)是散熱器底座的厚度和Pin-Fin 比。Pin是指散熱片的鰭片的高度,F(xiàn)in 是指相鄰的兩枚鰭片之間的距離。Pin-Fin 比是用Pin 的高度(不含底座厚度)除以Fin,Pin-Fin 比越大意味著散熱器的有效散熱面積越大,代表鋁擠壓技術(shù)越先進(jìn)。

  

LED散熱技術(shù)(1)LED

純銅散熱器

  銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)是鋁的1.69 倍,所以在其他條件相同的前提下,純銅散熱器能夠更快地將熱量從熱源中帶走。不過銅的質(zhì)地是個(gè)問題,很多標(biāo)榜‘純銅散熱器’其實(shí)并非是真正的100%的銅。在銅的列表中,含銅量超過99%的被稱為無酸素銅,下一個(gè)檔次的銅為含銅量為85%以下的丹銅。目前市場上大多數(shù)的純銅散熱器的含銅量都在介于兩者之間。而一些劣質(zhì)純銅散熱器的含銅量甚至連85%都不到,雖然成本很低,但其熱傳導(dǎo)能力大大降低,影響了散熱性。此外,銅也有明顯的缺點(diǎn),成本高,加工難,散熱器質(zhì)量太大都阻礙了全銅散熱片的應(yīng)用。紅銅的硬度不如鋁合金AL6063,某些機(jī)械加工(如剖溝等)性能不如鋁;銅的熔點(diǎn)比鋁高很多,不利于擠壓成形( Extrusion )等等問題。

  銅鋁結(jié)合技術(shù)

  在考慮了銅和鋁這兩種材質(zhì)各自的缺點(diǎn)后,目前市場部分高端散熱器往往采用銅鋁結(jié)合制造工藝,這些散熱片通常都采用銅金屬底座,而散熱鰭片則采用鋁合金,當(dāng)然,除了銅底,也有散熱片使用銅柱等方法,也是相同的原理。憑借較高的導(dǎo)熱系數(shù),銅制底面可以快速吸收CPU釋放的熱量;鋁制鰭片可以借助復(fù)雜的工藝手段制成Z有利于散熱的形狀,并提供較大的儲(chǔ)熱空間并快速釋放,這在各方面找到了的一個(gè)均衡點(diǎn)。

  要提升LED發(fā)光效率與使用壽命,解決LED產(chǎn)品散熱問題即為現(xiàn)階段Z重要的課題之一,LED產(chǎn)業(yè)對散熱基板本身的線路對位精確度要求極為嚴(yán)苛,且需具有高散熱性、小尺寸、金屬線路附著性佳等特色,因此,利用黃光微影制 作薄膜陶瓷散熱基板,將成為促進(jìn)LED不斷往高功率提升的重要觸媒之一。


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