Yüksek güçlü LED’ler (yüksek güçlü LED’ler), tek bir LED’de 350 miliwatt veya daha fazlası kadar güçlü olabilir. Bir LED’deki enerjinin çoğu, ışık yerine ısıya dönüştürülür (yaklaşık% 70 ısı ve% 30 ışık). Bu ısı dağıtılamazsa, LED’ler çok yüksek sıcaklıklarda yanar. Bu sadece verimliliği düşürmekle kalmaz, aynı zamanda LED’in ömrünü de kısaltır. Bu nedenle, yüksek güçlü LED’lerin termal yönetimi araştırma ve geliştirme için önemli bir alandır. Bağlantı sıcaklığının (İngilizce: Junction Temperature) istenen LED ömrünü sağlayan bir değerle sınırlandırılması gerekir.
Isı transferi
Bir LED’in yüksek performansını koruyan düşük bir birleşme sıcaklığını korumak için, LED’lerden herhangi bir ısı yayılma olasılığı göz önünde bulundurulmalıdır. Isı iletimi (iletim), hava ile ısı dağılımı (konveksiyon) ve radyasyon, ısı transferi için üç olasılıktır. Tipik olarak, LED’ler zayıf bir ısı iletkeni olan saydam bir reçine içine yerleştirilir. Üretilen ısının hemen hemen tümü çipin arkasına yönlendirilir. Üretilen ısının hemen hemen tümü çipin arkasına yönlendirilir. Kavşaktan lehim noktasına, lehim noktasından devre kartına ve devre kartından ısı emiciye uzun bir mesafe boyunca geçer ve daha sonra dış ortamın atmosferine geçer.
Termal empedans düşük olduğunda veya ortam sıcaklığı düşük olduğunda bağlantı sıcaklığı düşüktür. Belirli bir güç dağılımı için kullanılabilir ortam sıcaklığı aralığını en üst düzeye çıkarmak için, eklemden çevreye olan toplam termal direnç en aza indirilmelidir.
Isıl direnç değerleri, malzemeye ve uygulanan bileşenlere bağlı olarak geniş ölçüde değişir. Örneğin, RJC (Muhafazaya Termal Direnç Kavşağı) LED üreticisine bağlı olarak 2,6 ° C / W ile 18 ° C / W arasındadır. Termal arabirim malzemesinin (ayrıca TIM: Thermal Interface Material) ısıl direnci de seçilen malzemenin türüne bağlı olarak değişir. Yaygın TIM’ler epoksi, termal yağ, basınca duyarlı yapışkan ve lehimdir. Yüksek güçlü LED’ler genellikle bir soğutucuya bağlı metal çekirdek baskılı devre kartlarına (MCPCB) monte edilir. Metalik modül plakası ve ısı dağıtıcı ısı emici vasıtasıyla yürütülen ısı, daha sonra konveksiyon ve radyasyonla dağılır. Isı emicinin tasarım ve yapımına ek olarak, her bir bileşenin yüzey düzlüğü ve kalitesi, temas basıncı, temas yüzeyi, Wärmeleitmaterials türü ve kalınlığı. Bunlar, ısı dağılımı ya da LED’in soğuması nedeniyle soğuması için parametrelerdir.
Pasif soğutma
Yüksek güçlü LED’lerin verimli termal yönetimi için pasif soğutma faktörleri:
Termal Yapışkan
Termal yapıştırıcı genellikle LED’i PCB’ye ve PCB’yi soğutucuya bağlamak için kullanılır. Termal bir yapıştırıcının kullanılması, termal performansı daha da optimize edebilir.
soğutucu
Isı alıcıları ısının giderilmesine önemli ölçüde katkıda bulunur. LED kaynağından dış ortama ısı ileten bir iletken olarak çalışır. Isı alıcıları enerjiyi üç şekilde yayabilir: ısı iletimi (iletken: bir katıdan diğerine ısı transferi), taşınım (bir katıdan hareketli bir sıvıya ısı transferi, çoğu LED uygulamasında sıvı ortam havasıdır) veya Radyasyon (ısı radyasyonu nedeniyle farklı yüzey sıcaklıklarındaki iki gövdeden ısı transferi).
- malzeme:
Isı emicisinin yapıldığı malzemenin ısıl iletkenliği, ısı iletiminin güç kaybını doğrudan etkiler. Normalde alüminyum, çok iyi fiyat / performans oranı nedeniyle kullanılır. Düz ısı alıcılarında, yüksek alım fiyatına rağmen bakır sıklıkla kullanılır. Yeni malzemeler arasında, ısı dağılımı gereksinimleri normalden düşük olduğunda kullanılan (örneğin, genellikle evde kullanımda) termoplastikler veya enjeksiyonlu kalıplamada karmaşık kalıplar anlamlıdır. Grafit çözeltileri genellikle alüminyumdan daha düşük ağırlıktaki bakırdan daha etkili ısı transferine (ısı iletimi değil) sahiptir. Grafit egzotik bir soğutma çözeltisi olarak kabul edilir ve üretimde daha pahalıdır. Yayılma direncini azaltmak için alüminyum ya da bakırdan yapılmış ısı alıcılarına ısı boruları da eklenebilir.
- formu:
Isı aktarımı, ısı emici yüzeyinde gerçekleşir. Bu nedenle, soğutucuların geniş bir yüzey alanına sahip olması gerekir. Bu, çok sayıda ince kaburga kullanarak veya ısı emicisinin kendisini genişleterek sağlanabilir.
Daha büyük bir yüzey alanı daha iyi soğutma performansı ile sonuçlansa da, kanatçık ve ortam havası arasında önemli bir sıcaklık farkı oluşturmak için kanatçıklar arasında yeterli boşluk bulunmalıdır. Kaburgalar birbirine çok yakınsa, aradaki hava kaburgalarla neredeyse aynı sıcaklığa sahip olabilir, böylece ısı aktarımı gerçekleşmez. Bu nedenle, daha fazla soğutma kanadı mutlaka daha fazla soğutma gücüne yol açmaz.
- Yüzey yapısı:
Isı alıcılarından gelen ısı radyasyonu, özellikle yüksek sıcaklıklarda yüzey koşullarının bir fonksiyonudur. Boyalı bir yüzey parlak, boyasız bir yüzeyden daha yüksek bir emisyona sahiptir. Etki, ısının yaklaşık üçte birinin radyasyonla dağıldığı düz ısı alıcılarında en belirgindir. Ek olarak, optimum düz temas yüzeyi, soğutucu ile LED kaynağı arasındaki ısıl direnci azaltan daha ince bir termal gres kullanılmasına izin verir. Diğer yandan, ısıl direnç de eloksal veya dağlama ile azaltılır.
- Yöntem Montaj:
Vidalı veya yaylı ısı emici bağlantı elemanları genellikle geleneksel klipslerden, termal yapışkandan veya banttan daha iyidir. 15 watt’ın üzerindeki LED kaynakları ve LED soğutucuları arasındaki ısı transferi için, arabirim üzerinde 0,2 K / W’den daha düşük bir termal direnci olan yüksek bir termal arabirim malzemesi (TIM) kullanılması önerilir. Günümüzde kullanılan en yaygın yöntem, oda sıcaklığında katı bir ped halinde uygulanan, ancak daha sonra 45 ° C’nin üzerine yükselirken kalın bir jelatinimsi sıvıya dönüşen faz değişim malzemesidir.
Isı boruları ve buhar odaları
Isı boruları ve buhar odaları pasiftir ve ısı iletkenlikleri 10.000 ila 100.000 W / mK arasında çok etkilidir. LED ısı yönetiminde aşağıdaki avantajları sunarlar:
- Isıyı minimum sıcaklık düşüşü ile başka bir soğutucuya taşır
- Doğal taşınımla izotermal, ısı azalması, böylece verimi arttırır ve boyutunu azaltır. Beş ısı borusu ilavesinin soğutucu kütlesini 34% azaltarak 4,4 kg’dan 2,9 kg’a düşürdüğü bir durumvardır.
- Doğrudan bir LED altında yüksek ısı akışı, daha kolay bir şekilde elde edilebilen daha düşük bir ısı akışına dönüşür.
PCB (eng.: printed circuit board, baskılı devre kartı)
- MCPCB:
MCPCB (Metal Core PCB), devre kartının ayrılmaz bir parçası olarak ısı dağıtımı için temel metal malzeme içeren kartlardır. Metal çekirdek genellikle alüminyum alaşımdan yapılmıştır. MCPCB, yüksek termal iletkenliğe sahip bir dielektrik polimer tabakasının avantajına sahiptir.
- ayırma:
LED sürücü devresini LED kartından ayırmak, sürücünün ürettiği ısının LED bağlantı sıcaklığını arttırmasını önler.
platin kaplama
- Katkı süreci:
Devre kartlarında, iletken yapısal yüzeyler oluşturmak için üretim sürecinde alt tabakaya iletken malzemeler uygulanır. İletken sadece verilen iz kalıbına uygulanır. Buna karşılık, bu çıkarma işleminde parçalanır. Temel olarak, alüminyum soğutucuya doğrudan bir bağlantı verilir; Bu nedenle, devre için termal bağlantı için ek bir malzemeye gerek yoktur. Bu, termal olarak iletken tabakaları ve ısı yüzeyini azaltır. İşleme adımları, malzeme tipleri ve malzeme miktarları azaltılır.
Alüminyum Baskılı Devre Kartları (Yalıtımlı Metal Yüzeyler olarak da bilinir, Insulated Metal Substrate) – Termal bağlantıyı arttırır ve yüksek dielektrik bozulma voltajı sağlar. Malzemeler 600 ° C’ye kadar ısıya tahammül eder Devreler doğrudan alüminyum alt tabakalara monte edilir, böylece Wärmeleitmaterialien gerekli değildir. Geliştirilmiş termal bağlantı, LED’in bağlantı sıcaklığının 10 ° C’ye kadar düşürülmesine izin verir. Bu, tasarımcıya, her bir LED’in gücünü artırarak bir panoda ihtiyaç duyulan LED sayısını azaltma olanağı sağlar. Ayrıca, alt tabakanın boyutu, boyutsal kısıtlamaları içerecek şekilde azaltılabilir. Geçiş sıcaklığının azaltılmasının LED ömrünü büyük ölçüde arttırdığı kanıtlanmıştır.
Vücut şekli
- Flip-chip:
LED çipi, tipik olarak silikon veya seramik olan ve bir ısı yayıcı ve taşıyıcı substrat olarak kullanılan fikstür üzerine yüzü aşağıya monte edilmiştir. Flip chip bağlantısı ötektik, zengin kurşun, kurşunsuz veya altın saplama olabilir. Birincil ışık kaynağı, LED çipinin arkasından gelir. Işık yayıcı ve lehim birleşimleri arasında, genellikle aşağıya doğru yayılan ışığı yansıtmak için yansıtıcı bir katman kullanılır. Bazı şirketler yüksek güçlü LED’leri için flip-chip paketleri kullanır ve bu da LED’in termal direncini yaklaşık% 60 oranında azaltır. Aynı zamanda, termal güvenilirlik elde edilir.
