Produção eficiente de instalações avançadasOs LEDs iniciais de chip único não eram muito poderosos, tinham geração limitada de calor e tinham poucos problemas térmicos, então o pacote era relativamente simples. No entanto, com o avanço contínuo da tecnologia de materiais LED nos últimos anos, a tecnologia de embalagem do LED também mudou. Desde o primeiro pacote de tipo de chip único, ele gradualmente se desenvolveu em um módulo de pacote multi-chip de área grande e plana; sua corrente de operação é de 20 mA adiantado. Os LEDs de baixa potência à esquerda e à direita progrediram para os atuais LEDs de alta potência de cerca de 1/3 a 1A. A potência de entrada de um único LED é tão alta quanto 1W ou mais, e até os modos de pacote de 3W e 5W são mais evoluídos.
Uma vez que o problema de calor causado pelo sistema LED de alto brilho e alta potência será a chave para afetar a função do produto, descarregar rapidamente o calor gerado pelo componente LED para o ambiente circundante, é necessário começar com o gerenciamento térmico do nível da embalagem (L1 e L2). Atualmente, a prática da indústria é reduzir a impedância térmica do módulo de embalagem através do difusor de calor, soldando o chip de LED com solda ou pasta térmica em um espalhador de calor.
Muitas aplicações de terminal, como mini projetores, fontes automotivas e de iluminação, exigem mais de mil lúmens ou dezenas de milhares de lúmens para uma determinada área. Módulos de pacote de chip único são claramente inadequados. Ir para o pacote LED multi-chip e ligar diretamente o chip ao substrato é uma tendência futura de desenvolvimento.
O problema de dissipação de calor é o principal obstáculo no desenvolvimento de LEDs para iluminação de objetos. O uso de tubos de cerâmica ou calor é uma maneira eficaz de evitar o superaquecimento. No entanto, a solução de gerenciamento de calor aumenta o custo dos materiais. O propósito do projeto de gerenciamento de calor de LED de alta potência é reduzir efetivamente o R junção-a-caixa é uma das soluções baseadas em materiais que fornecem dissipação de calor do chip, proporcionando baixa resistência térmica, mas alta condutividade, permitindo a transferência direta do calor a partir do chip através de métodos de fixação ou de metal quente. O exterior da caixa da embalagem.
Naturalmente, os componentes de dissipação de calor dos LEDs são similares à dissipação de calor dos processadores. São principalmente módulos refrigerados a ar compostos por dissipadores de calor, tubos de calor, ventiladores e materiais de interface térmica. Naturalmente, o resfriamento a água também é uma das contramedidas térmicas. No atual módulo de retroiluminação de TV de LED de grande dimensão, as retroiluminações LED de 40 e 46 polegadas têm potências de entrada de 470W e 550W respectivamente, 80% das quais são convertidas em calor e a dissipação de calor necessária é de cerca de 360W e 440W ou então.
Então, como você tira esse calor? Atualmente, existem métodos de resfriamento a água para resfriamento na indústria, mas há dúvidas sobre o alto preço unitário e a confiabilidade. Também é útil usar tubos de calor com dissipadores de calor e ventiladores para resfriamento.
Método de dissipação de calor
Em geral, o dissipador de calor pode ser dividido em dissipador de calor ativo e dissipador de calor passivo de acordo com a maneira como o calor é removido do dissipador de calor. A chamada dissipação de calor passiva significa que o calor da fonte de luz LED da fonte de calor é naturalmente irradiado para o ar através do dissipador de calor, e o efeito de dissipação de calor é proporcional ao tamanho do dissipador de calor, mas devido ao calor natural dissipação, o efeito é, é claro, bastante reduzido, e é freqüentemente usado nesses espaços espaciais. Em equipamentos que não são necessários, ou usados para dissipar calor para componentes que geram menos calor. Por exemplo, algumas placas-mãe populares também adotam a dissipação de calor passiva na ponte norte. A maioria deles adota a dissipação de calor ativa. A dissipação de calor ativa é forçada por dissipadores de calor, como ventiladores. O calor emitido pelo dissipador de calor é retirado, o que é caracterizado pela alta eficiência de dissipação de calor e tamanho pequeno do dispositivo.
A dissipação de calor ativa, subdividida do método de dissipação de calor, pode ser dividida em resfriamento a ar, refrigeração líquida, resfriamento de tubulação de calor, refrigeração de semicondutores, refrigeração química e assim por diante.
O calor refrigerado a ar refrigerado a ar é a forma mais comum de dissipação de calor e, em comparação, também é uma forma mais barata. O resfriamento a ar é essencialmente um ventilador que retira o calor absorvido pelo dissipador de calor. Tem as vantagens de preço relativamente baixo e instalação conveniente. No entanto, é altamente dependente do ambiente, como temperaturas crescentes e desempenho de superaquecimento.
Refrigeração líquida
O calor líquido de resfriamento é forçado a circular o calor do radiador pela bomba sob o acionamento da bomba. Comparado com o resfriamento a ar, tem as vantagens de tranquilidade, estabilidade de temperatura estável e baixa dependência do ambiente. O preço do resfriamento líquido é relativamente alto e a instalação é relativamente incômoda. Ao mesmo tempo, instale o máximo possível de acordo com as instruções nas instruções para obter a melhor dissipação de calor. Por razões de custo e facilidade de uso, a dissipação de calor pelo resfriamento por líquido geralmente usa a água como um líquido de transferência de calor, de modo que os dissipadores de calor refrigerados por líquido são geralmente chamados de dissipadores de calor refrigerados por água.
Tubulação de calor
O tubo de calor pertence a um elemento de transferência de calor, que utiliza totalmente o princípio de condução de calor e a rápida propriedade de transferência de calor do meio refrigerante, e transfere calor por evaporação e condensação do líquido no tubo de vácuo totalmente fechado e tem altíssima condutividade térmica e boa temperatura isotérmica. A área de transferência de calor em ambos os lados dos lados quente e frio pode ser arbitrariamente alterada, a transferência de calor pode ser de longa distância, a temperatura pode ser controlada e semelhantes, e o permutador de calor composto pelo tubo de calor tem alta eficiência de transferência de calor , estrutura compacta, pequena resistência a fluidos, vantagem etc. Sua condutividade térmica excedeu em muito a condutividade térmica de qualquer metal conhecido.
Refrigeração de semicondutores
A refrigeração de semicondutores usa um chip especial de refrigeração semicondutor para gerar uma diferença de temperatura para resfriamento quando energizado. Enquanto o calor na extremidade de alta temperatura puder ser efetivamente dissipado, a extremidade de baixa temperatura é continuamente resfriada. Uma diferença de temperatura é gerada em cada uma das partículas de semicondutor, e uma folha de resfriamento é formada conectando dezenas de tais partículas em série para formar uma diferença de temperatura em ambas as superfícies da folha de refrigerante. Usando este fenômeno de diferença de temperatura, o resfriamento a ar / resfriamento a água pode ser usado para resfriar a extremidade de alta temperatura, e um excelente efeito de dissipação de calor pode ser obtido. A refrigeração de semicondutores tem as vantagens de baixa temperatura de refrigeração e alta confiabilidade. A temperatura da superfície fria pode chegar abaixo de 10 ° C, mas o custo é muito alto e pode causar curto-circuito devido à baixa temperatura. Agora, o processo de filme de refrigeração semicondutor não está maduro o suficiente. prático.
Refrigeração Química
A chamada refrigeração química é o uso de alguns produtos químicos de temperatura ultrabaixa, que os utilizam para absorver uma grande quantidade de calor durante a fusão para reduzir a temperatura. É mais comum usar gelo seco e nitrogênio líquido a esse respeito. Por exemplo, usar gelo seco pode baixar a temperatura para menos de 20 ° C, e alguns jogadores mais "pervertidos" usam nitrogênio líquido para baixar a temperatura da CPU abaixo de 100 ° C (em teoria), é claro, por causa do preço alto e curta duração, estes métodos são mais comuns no laboratório ou entusiastas de overclocking extremos.
Seleção de materiais
Coeficiente de transferência de calor (unidade: W / mK)
Prata 429
Cobre 401
Ouro 317
Alumínio 237
Ferro 80
Chumbo 34,8
Liga de alumínio 1070 226
Liga de alumínio 1050 209
Liga de alumínio do tipo 6063 201
Liga de alumínio tipo 6061 155
Em geral, os radiadores comuns refrigerados a ar naturalmente escolhem o metal como material do radiador. Para os materiais selecionados, é desejável ter tanto calor específico alto quanto alta condutividade térmica. Do acima exposto, prata e cobre são os melhores materiais térmicos, seguidos de ouro e alumínio. No entanto, ouro e prata são muito caros, então o dissipador de calor atual é feito principalmente de alumínio e cobre. Em comparação, cobre e liga de alumínio têm suas próprias vantagens e desvantagens: o cobre tem boa condutividade térmica, mas o preço é relativamente alto, o processamento é difícil, o peso é muito grande e a capacidade térmica do dissipador de calor é pequena e é fácil oxidar. . Por outro lado, o alumínio puro é muito macio para ser usado diretamente. A liga de alumínio usada pode fornecer dureza suficiente. A vantagem da liga de alumínio é que ela é barata e leve, mas a condutividade térmica é muito pior do que o cobre. Portanto, na história do desenvolvimento do radiador, os seguintes materiais apareceram:
Radiador de alumínio puro
Radiadores de alumínio puro são os radiadores mais comuns nos primeiros dias. O processo de fabricação é simples e o custo é baixo. Até agora, os radiadores de alumínio puro ainda ocupam uma parte considerável do mercado. A fim de aumentar a área de dissipação de calor das aletas, o método de processamento mais comum para radiadores de alumínio puro é a tecnologia de extrusão de alumínio, e o principal indicador para avaliar um radiador de alumínio puro é a espessura da base do radiador ea relação Pin-Fin. O pino refere-se à altura das aletas do dissipador de calor e Fin refere-se à distância entre duas aletas adjacentes. Relação Pin-Fin é a altura do Pin (excluindo a espessura da base) dividido por Fin. Quanto maior a relação Pin-Fin, maior a área efetiva de dissipação de calor do dissipador de calor, o que significa que a tecnologia de extrusão de alumínio é mais avançada.
Radiador de cobre puro
O cobre tem um coeficiente de transferência de calor de 1,69 vezes o do alumínio, então dissipadores de calor de cobre puros podem remover o calor da fonte de calor mais rapidamente, todas as outras coisas sendo iguais. No entanto, a textura do cobre é um problema. Muitos dos "radiadores de cobre puro" não são realmente 100% de cobre. Na lista de cobre, cobre contendo mais de 99% é chamado de cobre livre de ácido, e o próximo grau de cobre é cobre contendo menos de 85% de cobre. O teor de cobre da maioria dos dissipadores de calor de cobre puro no mercado hoje está em algum lugar entre os dois. Alguns radiadores de cobre puros inferiores não contêm nem 85% de cobre. Embora o custo seja muito baixo, sua capacidade de transferência de calor é bastante reduzida, o que afeta a dissipação de calor. Além disso, o cobre também tem falhas óbvias, alto custo, processamento difícil e dissipadores de calor muito grandes dificultam a aplicação de dissipadores de calor totalmente de cobre. A dureza do cobre vermelho não é tão boa quanto a da liga de alumínio AL6063. Algum processamento mecânico (como ranhuramento, etc.) não é tão bom quanto o alumínio; o cobre tem um ponto de fusão muito mais alto que o alumínio, o que não favorece a extrusão e outros problemas.
Tecnologia de ligação de cobre-alumínio
Depois de considerar as deficiências dos dois materiais, cobre e alumínio, alguns dissipadores de calor de alta qualidade no mercado costumam usar uma combinação de cobre e alumínio. Esses dissipadores de calor geralmente usam uma base de metal de cobre, enquanto as aletas do dissipador de calor usam liga de alumínio. Além da base de cobre, existem também métodos como o uso de um poste de cobre para o dissipador de calor, que é o mesmo princípio. Com uma alta condutividade térmica, o fundo de cobre pode absorver rapidamente o calor liberado pela CPU; As aletas de alumínio podem ser feitas em uma forma que seja mais favorável para a dissipação de calor por meio de processos complicados, e fornecem um grande espaço de armazenamento de calor e liberação rápida. Um ponto de equilíbrio encontrado em todos os aspectos.
Para melhorar a eficiência luminosa do LED e a vida útil, resolver o problema de dissipação de calor dos produtos LED é uma das questões mais importantes nesta fase. O desenvolvimento da indústria de LEDs também está focado no desenvolvimento de produtos LED de alta potência, alto brilho e pequeno porte. O substrato de dissipação de calor com alta dissipação de calor e tamanho preciso também se tornou uma tendência no futuro desenvolvimento de substratos de dissipação de calor de LED. Actualmente, o substrato de óxido de alumínio é substituído por um substrato de nitreto de alumínio, ou o método de colagem de matriz / substrato para substituir o fio de ouro por um processo eutético ou flip chip é utilizado para melhorar a eficiência luminosa do LED. Sob esta tendência de desenvolvimento, a precisão do alinhamento do próprio substrato dissipador de calor é extremamente rigorosa, e é necessário ter alta dissipação de calor, tamanho pequeno e boa aderência de linhas metálicas. Portanto, um substrato de dissipação de calor de cerâmica de filme fino é produzido usando micro-sombra de luz amarela. Ele se tornará um dos importantes catalisadores para promover a alta potência contínua do LED.