High-výkon světelné diody (high-výkon LED) může být 350 miliwattech nebo více silný v jednom LED. Většina energie v LED je přeměněna na teplo, spíše než světlo (asi 70% tepla a 30% světlo). Pokud toto teplo nelze rozptýlit, LED diody svítí při velmi vysokých teplotách. To nejen snižuje účinnost, ale také zkracuje životnost LED diod. Proto tepelné řízení vysoce výkonných LED diod je základní oblastí výzkumu a vývoje. Je nutné omezit teplotu křižovatky na hodnotu, která zajišťuje požadovanou životnost LED diod.
Přenos tepla
Chcete-li zachovat nízkou teplotu vrstvy zámku, která udržuje vysoký výkon LED diody, je třeba zvážit jakoukoliv možnost odstranění tepla z LED diod. Tepelné vedení (redukce), odvod tepla vzduchem (konvekce) a radiace jsou tři možnosti přenosu tepla. Typicky, LED diody jsou zapouzdřeny v průhledné pryskyřice, což je špatný tepelný vodič. Téměř všechny vyrobené teplo je prošel zadní části čipu. Teplo je vytvářeno pomocí p-n přechodu elektrickou energií, která nebyla přeměněna na užitečné světlo. Dosahuje pájecího bodu přes dlouhou vzdálenost od spojovacího bodu, pájecího bodu k desce obvodu a obvodové desky k chladiči a je pak přesměrován do atmosféry vnějšího prostředí.
Teplota bariérové vrstvy je nižší, je-li teplotní impedance menší nebo je-li teplota okolí nižší. Chcete-li maximalizovat využitelný rozsah teploty okolí pro daný ztrátový výkon, je nutné minimalizovat Celkový tepelný odpor z spojovacího bodu do prostředí.
Hodnoty tepelné odolnosti se velmi liší v závislosti na materiálu a přilehlých součástech. Například RJC ( tepelná odolnost bariérová vrstva k tělesu) se pohybuje od 2,6 ° c/W do 18 ° c/W v závislosti na výrobci LED. Tepelný odpor tepelného vodivého materiálu (také TIM: materiál tepelného rozhraní) se také liší v závislosti na vybraném typu materiálu. Guying TIMs jsou epoxidové, Termální pasta, lepidlo a lot. High-výkon LED jsou často namontovány na kovové jádro obvodové desky (MCPCBs) připojené k radiátoru. Teplo prošlo kovovou deskou modulu a tepelný zářič je pak rozptýlen konvekcí a radiací. Kromě návrhu a návrhu chladicího tělesa, povrchové stejnoměrnosti a kvality každé složky, tlak, kontaktní plocha, typ tepelné vodivosti materiálu a jeho tloušťka jsou. Jedná se o parametry tepelné odolnosti nebo chlazení LED pomocí tepelného odvádění.
Pasivní chlazení
Faktory pro pasivní chlazení pro efektivní tepelné řízení vysoce výkonných LED diod jsou:
Tepelný vodič
Tepelný vodič se obvykle používá k připojení LED k desce a desce k radiátoru. Použití tepelného vodiče může dále optimalizovat tepelný výkon.
Chladič
Chladiče významně přispívají k odstraňování tepla. Funguje jako vodič, který směruje teplo z LED zdroje na vnější médium. Chladiče mohou odvodit energii třemi způsoby: vedení tepla (redukce: přenos tepla uvnitř nebo z jednoho tělesa do druhého), konvekce (přenos tepla z jednoho tělesa do pohyblivé tekutiny, pro většinu aplikací LED je Kapalina okolního vzduchu) nebo záření (přenos tepla dvou těles různých povrchových teplot prostřednictvím tepelného záření).
- Materiál:
Tepelná vodivost materiálu, který tvoří radiátor, přímo ovlivňuje ztrátu výkonu tepelné vodivosti. Za normálních okolností se hliník používá z důvodu velmi dobré hodnoty za peníze. V případě plochých chladičů se často používá měď, a to i přes vysokou pořizovací cenu. Nové materiály zahrnují termoplasty, které se používají, když jsou požadavky na odvod tepla nižší, než je obvyklé (např. často v domácích požadavcích) nebo složité tvary v procesu lití postřiku smysl. Grafitové roztoky mají často účinnější přenos tepla (nikoli tepelné vodivosti) než měď s nižší hmotností než hliník. Grafit je považován za exotické chladicí řešení a je dražší vyrábět. Tepelné trubky mohou být také přidány do hliníku nebo měděné chladiče snížit disperzní odpor.
- Formulář:
Přenos tepla probíhá na povrchu chladiče. Proto by měly být chladiče konstruovány tak, aby měly velkou plochu. Toho lze dosáhnout použitím velkého počtu jemných žeber nebo zvětšením samotného radiátoru.
Ačkoli větší povrchová plocha vede k lepšímu chlazení, musí být mezi žebry dostatek prostoru, aby se mezi pružným a vnějším vzduchem vytvořil značný teplotní rozdíl. V případě, že žebra jsou příliš blízko u sebe, vzduch mezi nimi může mít téměř stejnou teplotu jako žebra, takže žádný přenos tepla probíhá. Výsledkem je, že více chladicích žeber nemusí nutně vést k větší chladící síle.
- Textury:
Tepelné záření chladičů je funkcí povrchové struktury, zejména při vyšších teplotách. Lakovaný povrch má vyšší emisní úroveň než světlý, nelakovaný povrch. Efekt je nejvíce pozoruhodný pro mělké chladiče, kde asi třetina tepla je rozptýlena zářením. Optimální plochá kontaktní plocha navíc umožňuje použití tenčí tepelné vodivé pasty, která snižuje tepelný odpor mezi chladičem a zdrojem LED. Na druhou stranu, Anodising nebo leptání také snižuje tepelný odpor.
- Způsob instalace:
Upevňovací prvky chladícího tělesa se šrouby nebo peřím jsou často lepší než konvenční svorky, tepelný vodič nebo páska. Pro přenos tepla mezi LED zdroji více než 15 wattů a LED chladiče, je doporučeno používat vysoce-tepelné vodivé rozhraní materiál (TIM), který má tepelný odpor nad rozhraní méně než 0,2 K/W. V současné době, nejběžnější metoda je změna fáze materiálu, který se aplikuje při pokojové teplotě v podobě solidní polštář, ale pak převádí do husté želatinové kapaliny, jakmile se zvedne nad 45 º C.
Tepelné trouby a parní komory
Tepelné trubky a parní komory mají pasivní účinky a jejich schopnosti tepelné vodivosti jsou velmi účinné od 10 000 do 100 000 W/mK. Nabízejí následující výhody při tepelném vedení LED:
- Transportuje teplo do jiného radiátoru s minimálním poklesem teploty
- Isothermizes tepelné ovládání prostřednictvím přirozené konvekce, zvýšení efektivity a snížení jeho velikosti. Je to známý případ , kdy přidání pěti tepelných trubek snížilo hmotnostní proud tepla o 34% z 4,4 kg na 2,9 kg.
- Vysoký tepelný průtok přímo pod LED DIODami efektivně přetéká do nižšího tepelného toku, který lze snadněji rozptýlit.
PCB (těsné: lisované desky)
- MCPCB:
MCPPCB (Metal Core PCB) jsou desky, které obsahují základní kovový materiál pro distribuci tepla jako nedílnou součást obvodové desky. Kovové jádro se obvykle skládá z hliníkové slitiny. MCPCB má výhodu dielektrické polymerové vrstvy s vysokou tepelnou vodivostí.
- Oddělení:
Oddělení LED ovladač obvodu z LED desky zabraňuje teplo generované řidičem zvýšit teplotu LED Lock Layer.
Platinový povlak
- Aditivní proces:
Na PCB jsou vodivé látky aplikovány na nosný materiál během výrobního procesu pro vytvoření vodivého konstrukčního povrchu. Vodič se aplikuje pouze na předurčenou skladbu vodiče. Naopak, to je vyryto v odčítání procesu. V podstatě je přímé spojení s hliníkovým radiátorem; Například pro obvod se nevyžaduje žádný další materiál pro tepelné připojení. Tím se redukují tepelně vodivé vrstvy a tepelný povrch. Jsou sníženy zpracovatelské kroky, typy materiálů a množství materiálu.
Hliníkové žebříkové desky (také známé jako desky s plošnými spoji pro izolované kovové podKlady)-zvyšují tepelné spojení a poskytují vysokou napěťovou penetraci. Materiály snášejí teplo až do 600 ° C. Obvody jsou přímo připevněny k hliníkovým substrátům, takže nejsou nutné žádné tepelné vodivé materiály. Zlepšené tepelné připojení může snížit teplotu pojistné vrstvy LED až o 10 ° C. To umožňuje vývojáři snížit počet LED diod vyžadovaných na desce zvýšením výkonu pro každou LED. To může také snížit velikost substrátu, aby splňovaly rozměrové omezení. Bylo prokázáno, že snížení teploty přechodu výrazně zvyšuje životnost LED.
Tvarový faktor
- Flip čip:
LED čip je namontován s přední dolů na hoře, která je obvykle vyrobena z křemíku nebo keramiky a je používán jako tepelný distributor a nosného substrátu. Připojení s Flip-chipem může být Castolin Eutectic, olovnatý, bezolovnatý nebo zlatý pahýl. Primární světelný zdroj pochází ze zadní části LED čipu. Reflexní vrstva je obvykle postavena mezi světelný zářič a pájecí místa, aby odrážely světlo vyzařovaného dolů. Několik společností používá Flip-Chip případy pro jejich high-výkon LED, snižuje LED tepelné trvanlivost asi 60%. Zároveň bude udržována tepelná spolehlivost.
