High-power lysdioder (hög effekt LED) kan vara 350 milliwatt eller mer stark i en enda lysdiod. Merparten av energin i en LED omvandlas till värme snarare än ljus (ca 70% värme och 30% ljus). Om denna värme inte kan skingras lyser lysdioderna vid mycket höga temperaturer. Detta minskar inte bara effektiviteten, men också förkortar livslängden på LYSDIODen. Därför är den termiska hanteringen av högeffekts lysdioder ett viktigt område för forskning och utveckling. Det är nödvändigt att begränsa förenings temperaturen för ett värde som säkerställer den önskade LED-livslängden.
Värmeöverföring
För att upprätthålla en låg lås skikts temperatur som upprätthåller den höga effekten av en lysdiod, bör alla möjligheter till värme borttagning från lysdioder beaktas. Värmeledning (reduktion), värme borttagning med luft (konvektion) och strålning är de tre möjligheterna för värmeöverföring. Typiskt, lysdioder är inkapslade i en genomskinlig harts, vilket är en dålig värmeledare. Nästan all värme som alstras leds genom baksidan av chipet. Värme genereras av p-n-övergången av elektrisk energi som inte har omvandlats till nyttiga ljus. Den når lödning punkten via en lång sträcka från anslutningspunkten, lödning punkt till kretskortet och kretskortet till kylflänsen och sedan riktas till atmosfären i den yttre miljön.
Barriären lagertemperaturen är lägre om den termiska impedansen är mindre eller den omgivande temperaturen är lägre. För att maximera det användbara omgivningstemperatur intervallet för en given förlust prestanda måste den totala värmebeständigheten från kopplingspunkten till miljön minimeras.
Värmebeständighet värden varierar kraftigt beroende på material och angränsande komponenter. Till exempel, RJC ( termisk resistens barriär lager till bostäder) varierar från 2,6 ° c/W till 18 ° c/w beroende på LED-tillverkaren. Termiskt motstånd av det termiska ledning materiellt (också TIM: thermalen har kontakt materiellt), varierar också beroende av typen av materiellt utvalt. Guying TIMs är epoxi, termisk pasta, lim och Lot. High-power lysdioder är ofta monterade på metallkärna kretskort (MCPCBs) ansluten till en radiator. Värme som leds genom den metalliska modul plattan och värme-ledande radiator är sedan skingras av konvektion och strålning. Förutom utformningen och utformningen av kylkroppen, ytan jämnhet och kvalitet på varje komponent, trycket, kontaktytan, vilken typ av termisk lednings material och dess tjocklek är. Dessa är parametrar för värmebeständighet eller kylning av LYSDIODen genom värme borttagning.
Passiv kylning
Faktorer för passiv kylning för effektiv värmehantering av högeffekts-lysdioder är:
Termisk ledare
Termisk ledare används normalt för att ansluta ledde till styrelsen och styrelsen till kylaren. Användningen av en termisk ledare kan ytterligare optimera värmeeffekten.
Kylfläns
Kylflänsar bidrar väsentligt till avlägsnandet av värme. Den fungerar som en dirigent som styr värmen från LED-källan till det yttre mediet. Kylflänsar kan härleda energi på tre sätt: värmeledning (reduktion: värmeöverföring inom eller från en fast till en annan), konvektion (värmeöverföring från en fast till en rörlig vätska, för de flesta LED-applikationer är Vätskan i omgivningsluften) eller strålning (värmeöverföring av två kroppar av olika yttemperaturer genom värmestrålning).
- Material
Den termiska ledningsförmågan hos det material som utgör radiatorn påverkar direkt den termiska ledningens förlust prestanda. Normalt används aluminium på grund av mycket bra valuta för pengarna. När det gäller Flat kylare, koppar används ofta, trots den höga köpeskillingen. Nya material inkluderar termoplaster, som används när värmeavledning krav är lägre än normalt (t. ex. ofta i hemmet krav) eller komplexa former i spray gjutning processen vettigt. Grafit lösningar har ofta en mer effektiv värmeöverföring (inte termisk ledning) än koppar med en lägre vikt än aluminium. Grafit anses vara en exotisk kyla lösning och är dyrare att producera. Värme rör kan också läggas till aluminium eller koppar kylare för att minska spridnings motståndet.
- Formuläret:
Värmeöverföringen sker på kylarens yta. Därför bör kylflänsar vara konstruerade för att ha en stor yta. Detta kan uppnås genom att använda ett stort antal fina revben eller genom att förstora kylaren själv.
Även om en större yta leder till bättre kyl prestanda, måste det finnas tillräckligt med utrymme mellan revbenen för att skapa en betydande temperaturskillnad mellan kyl revben och omgivande luft. Om revbenen är för nära varandra, luften i mellan kan ha nästan samma temperatur som revbenen, så ingen värmeöverföring äger rum. Som ett resultat, mer kylning revben inte nödvändigtvis leda till mer kyleffekt.
- Textur:
Värme utstrålning av kylare är en funktion av yta konsistens, särskilt vid högre temperaturer. En lackerad yta har en högre utsläppsnivå än en ljus, ej lackerad yta. Effekten är mest känd för grunda kylare, där ungefär en tredjedel av värmen skingras av strålning. Dessutom, en optimal Flat kontaktyta tillåter användning av en tunnare termisk ledning pasta, vilket minskar värmebeständighet mellan kylflänsen och LED-källa. Å andra sidan, anodisering eller etsning minskar också termisk resistens.
- Installationsmetod:
Kylkroppen fästelement med skruvar eller fjädrar är ofta bättre än konventionella klipp, termisk ledare eller tejp. För värmeöverföring mellan LED-källor över 15 watt och LED-kylare, rekommenderas att använda en hög värme ledande gränssnitt material (TIM) som har en värmebeständighet över gränssnittet på mindre än 0,2 K/W. För närvarande är den vanligaste metoden som används en fasförändring material som tillämpas vid rumstemperatur i form av en solid kudde, men sedan omvandlas till en tjock gelatin vätska så snart den stiger över 45 º C.
Värme rör och ångkammare
Värme rör och ångkammare har passiva effekter och deras värmeledningsförmåga kapacitet är mycket effektiva från 10 000 till 100 000 W/mK. De erbjuder följande fördelar i LED värmehantering:
- Transporterar värme till en annan kylare med minimal temperatur nedgång
- Isothermizes värmekontroll genom naturlig konvektion, öka effektiviteten och minska dess storlek. Det är ett fall känt där tillsatsen av fem värmeledningar minskade värme inflödet massa med 34% från 4,4 kg till 2,9 kg.
- Kicken värmer flöde direkt under en ledde effektivt in i ett lägre värmeflöde, som kan skingras lättare.
PCB (tight: pressad kretskort)
- MCPCB:
MCPPCB (Metal Core PCB) är brädor som innehåller en basmetall material för värme distribution som en integrerad del av kretskortet. Metallkärnan består vanligtvis av en aluminiumlegering. MCPCB har fördelen av en isolerande polymer lager med en hög värmeledningsförmåga.
- Separation:
Separering av LED-drivrutinen kretsen från LED-styrelsen förhindrar den värme som alstras av föraren från att öka LED-lås lager temperatur.
Platina beläggning
- Additiv process:
På PCB tillämpas ledande ämnen på transportörens material under produktionsprocessen för att skapa ledande konstruktions ytor. Ledaren appliceras endast på den förutbestämda dirigentens spår bild. Däremot är detta etsade bort i subtraktion processen. I grund och botten finns det en direkt anslutning till aluminium kylaren; Till exempel krävs inget ytterligare material för den termiska anslutningen för kretsen. Detta minskar de värme bedrivande lagren och värme ytan. Bearbetningssteg, materialtyper och materialmängder minskas.
Aluminium steg plattor (även kallade IMS kretskort för isolerade metallsubstrat)-det ökar termisk anslutning och ger en hög inträngnings spänning. Material tål värme upp till 600 ° C. Kretsarna är direkt knutna till aluminium substrat, så inga termiska överlednings material krävs. Den förbättrade termiska anslutningen kan minska lås skikts temperaturen på LYSDIODen med upp till 10 ° C. Detta gör att utvecklaren att minska antalet lysdioder som krävs på en bräda genom att öka prestanda för varje lysdiod. Det kan också minska storleken på substratet för att uppfylla dimensionella begränsningar. Det har bevisats att en minskning av övergångstemperaturen kraftigt ökar livslängden på LYSDIODen.
Formfaktor
- Flip chip:
LED-chipet är monterat med framsidan ner på fästet, som vanligtvis är gjord av kisel eller keramik och används som en värme fördelare och bärare substrat. Den flip-chip anslutning kan vara Eutectic, bly, blyfri eller guld stub. Den primära ljuskällan kommer från baksidan av LED-chip. Ett reflekterande lager byggs vanligtvis mellan ljus sändare och lödnings platser för att återspegla det ljus som avges nedåt. Flera företag använder flip-chip fall för deras hög effekt LED, vilket minskar LED termisk hållbarhet med ca 60%. Samtidigt kommer termisk tillförlitlighet att upprätthållas.
