Täiustatud rajatised Tõhus tootmineEsialgsed ühekiibilised LEDid ei olnud väga võimsad, neil oli piiratud soojuse tekitamine ja neil oli vähe termilisi probleeme, mistõttu pakett oli suhteliselt lihtne. Kuid LED materjalide tehnoloogia pidev läbimurre on viimastel aastatel muutunud ka LED-i pakenditehnoloogia. Varajase ühekiibilise relva tüüpi paketist on see järk-järgult kujunenud tasapinnaliseks, suure pindalaga mitmekiibilise paketi mooduliks; selle jooksev vool on alates 20 mA algusest. Vasakul ja paremal asuvad vähese energiatarbega LEDid on liikunud praegustele suure võimsusega LEDidele, mis on umbes 1/3 kuni 1A. Ühe LED sisendvõimsus on sama suur kui 1W või rohkem ning isegi 3W ja 5W pakettrežiimid on rohkem arenenud.
Kuna kõrge heleduse ja suure võimsusega LED-süsteemi põhjustatud soojusprobleem on toote funktsiooni mõjutamise võti, LED-komponendi poolt tekitatud soojuse kiireks tühjendamiseks ümbritsevasse keskkonda on vaja alustada paketi taseme termiline juhtimine (L1 ja L2). Praegu on tööstusharu praktikas vähendada pakendi mooduli soojuskiirgust soojusvaheti kaudu, jootes LED kiibi jootmise või termilise pastaga soojusvahetisse.
Paljud terminalirakendused, nagu miniprojektorid, auto- ja valgusallikad, vajavad antud piirkonnas rohkem kui tuhat lumenit või kümneid tuhandeid luumeneid. Ühe kiibiga pakettmoodulid on selgelt ebapiisavad. Mitmekiibilise LED-paketi juurde minek ja kiibi otsene sidumine substraadiga on tuleviku arengusuund.
Soojuse hajutamise probleem on peamine takistus valgusobjektide LEDide arendamisel. Keraamiliste või soojustorude kasutamine on tõhus viis ülekuumenemise vältimiseks. Soojuse juhtimise lahendus suurendab aga materjalide maksumust. Suure võimsusega LED-soojusjuhtimise disaini eesmärk on vähendada R-liitmikku tõhusalt ühe materjali baasil põhineva lahenduse, mis tagab kiibist soojuse hajutamise, pakkudes madalat termilist takistust, kuid kõrge juhtivuse, mis võimaldab soojust otse üle kanda kiibist läbi surmakaitse või kuumade metallide meetodid. Pakendi korpuse väliskülg.
Loomulikult on LEDide soojuse hajutamise komponendid sarnased CPU-de soojuse hajutamisega. Need on peamiselt õhkjahutusega moodulid, mis koosnevad soojusvahetitest, soojustorudest, ventilaatoritest ja termilise liidese materjalidest. Muidugi on veet jahutamine samuti üks termilistest vastumeetmetest. Praeguses kuumimas suure suurusega LED-teleri taustvalgustuse moodulis on 40-tollistel ja 46-tollistel LED-taustvalgustustel vastavalt 470W ja 550W sisendvõimsus, millest 80% on soojuseks muundatud ja nõutav soojuse hajutamine on umbes 360W ja 440W või nii.
Niisiis, kuidas sa selle soojuse ära võtta? Praegu on tööstuses jahutusmeetodeid vees jahutamiseks, kuid on kahtlusi kõrge ühikuhinna ja usaldusväärsuse osas. Jahutamiseks on kasulik kasutada ka soojusvahetid ja ventilaatorid.
Soojuse hajutamise meetod
Üldiselt võib jahutusradiaatorit jagada aktiivseks jahutusradiaatoriks ja passiivseks jahutusradiaatoriks vastavalt sellele, kuidas soojus jahutusradiaatorist eemaldatakse. Niinimetatud passiivne soojuse hajutamine tähendab, et soojusallika LED-valgusallika soojus kiirgub õhku läbi jahutusradiaatori ja soojuse hajutamise efekt on proportsionaalne jahutusradiaatori suurusega, kuid loodusliku soojuse tõttu hajumine, mõju on muidugi oluliselt vähenenud ja seda kasutatakse sageli nendes ruumiruumides. Seadmetes, mida ei nõuta või mida kasutatakse soojuse hajutamiseks komponentidele, mis tekitavad vähem soojust. Näiteks võtavad mõned populaarsed emaplaadid vastu ka passiivse soojuse hajutamise põhja sillal. Enamik neist kasutab aktiivset soojuse hajutamist. Aktiivset soojuse hajutamist sunnib soojussõlmed nagu ventilaatorid. Soojusvaheti poolt eralduv soojus võetakse ära, mida iseloomustab kõrge soojuse hajutamise efektiivsus ja seadme väike suurus.
Soojuse hajutamise meetodist jagatud aktiivset soojuse hajutamist võib jagada õhkjahutuseks, vedeliku jahutamiseks, soojustorude jahutamiseks, pooljuhtide jahutamiseks, keemiliseks jahutamiseks jne.
Õhkjahutusega õhkjahutusega soojus on kõige levinum soojuse hajutamise vorm ja võrreldes sellega on see ka odavam. Õhkjahutus on põhiliselt ventilaator, mis võtab ära jahutusradiaatori poolt absorbeeritud soojuse. Sellel on suhteliselt madala hinna ja mugava paigaldamise eelised. Siiski sõltub see suuresti keskkonnast, näiteks temperatuuri tõusust ja ülekuumenemisest.
Vedelikjahutus
Vedeliku jahutamise soojus on sunnitud pumba poolt pumba all sõitma radiaatori soojust. Võrreldes õhkjahutusega on sellel eelised vaikusele, stabiilsele temperatuuri stabiilsusele ja madalale sõltuvusele keskkonnast. Vedeliku jahutamise hind on suhteliselt kõrge ja paigaldamine on suhteliselt tülikas. Samal ajal paigaldage see nii palju kui võimalik vastavalt juhiste juhistele, et saada parim soojuse hajutamine. Maksumuse ja kasutusmugavuse huvides kasutab vedeliku jahutuse soojuse hajutamine tavaliselt soojusülekande vedelikuna vett, seega nimetatakse vedelikjahutusega jahutusvedelikke sageli kui jahutusvedelikke.
Soojuspump
Soojustoru kuulub soojusülekande elementi, mis kasutab täielikult soojusjuhtimise põhimõtet ja külmaaine keskmise kiiret soojusülekande omadust ning edastab soojust vedeliku aurustumise ja kondenseerumise teel täielikult suletud vaakumtorusse ning on väga kõrge soojusjuhtivus ja hea isotermiline temperatuur. Kuuma ja külma külje mõlemal küljel asuvat soojusülekande piirkonda saab meelevaldselt muuta, soojusülekanne võib olla pikamaa, temperatuuri saab reguleerida ja sarnaseid ning soojusvahetist koosnev soojusvaheti on kõrge soojusülekande efektiivsusega kompaktne struktuur, väike vedelikukindlus jne. Selle soojusjuhtivus on tunduvalt ületanud mis tahes tuntud metalli soojusjuhtivuse.
Pooljuhtide jahutus
Pooljuhtide jahutus kasutab spetsiaalset pooljuhtide jahutussüsteemi, et tekitada jahutamisel temperatuurierinevus. Niikaua, kui soojust kõrge temperatuuriga otsa saab efektiivselt hajutada, jahutatakse madalat temperatuuri. Iga pooljuhtide osakeste puhul tekitatakse temperatuuride vahe ja jahutusleht moodustatakse, ühendades seeriasid selliseid osakesi, et moodustada külmutusagendi mõlemal pinnal temperatuuride vahe. Kasutades seda temperatuuri erinevuse nähtust, võib õhu jahutamist / vee jahutamist kasutada kõrge temperatuuri lõppu jahutamiseks ja saavutada suurepärase soojuse hajutamise efekti. Pooljuhtide jahutamisel on eelised madala külmutustemperatuuri ja suure töökindluse poolest. Külma pinna temperatuur võib ulatuda alla 10 ° C, kuid maksumus on liiga kõrge ja see võib põhjustada lühist lühikese temperatuuri tõttu. Nüüd ei ole pooljuhtide jahutusfilmi protsess piisavalt küps. praktiline.
Keemiline jahutus
Nn keemiline jahutus on mõnede eriti madalatemperatuuriliste kemikaalide kasutamine, mis kasutavad neid sulatamisel suure hulga soojuse absorbeerimiseks, et alandada temperatuuri. Selles suhtes on tavalisem kasutada kuivjää ja vedelat lämmastikku. Näiteks võib kuiva jää kasutamine alandada temperatuuri alla miinus 20 ° C ja mõned veel "perverssemad" mängijad kasutavad vedelat lämmastikku, et alandada CPU temperatuuri alla miinus 100 ° C (teoreetiliselt) tänu kõrgele hinnale. ja lühikest aega, on need meetodid tavalisemad laboris või äärmuslikel kiirendajatel.
Materjali valik
Soojuse ülekandetegur (ühik: W / mK)
Hõbe 429
Vask 401
Kuld 317
Alumiinium 237
Raud 80
Plii 34.8
1070 alumiiniumisulam 226
1050 alumiiniumisulam 209
6063 tüüpi alumiiniumisulam 201
6061 tüüpi alumiiniumisulam 155
Tavaliselt valivad radiaatori materjalina tavalised õhkjahutusega radiaatorid. Valitud materjalide puhul on soovitav nii kõrge spetsiifiline soojus kui ka kõrge soojusjuhtivus. Ülaltoodust on parimad termilised materjalid hõbe ja vask, millele järgneb kuld ja alumiinium. Kuid kuld ja hõbe on liiga kallid, nii et praegune jahutusradiaator on peamiselt valmistatud alumiiniumist ja vasest. Võrdluseks on, et nii vase kui alumiiniumi sulamil on oma eelised ja puudused: vasel on hea soojusjuhtivus, kuid hind on suhteliselt kallis, töötlemine on keeruline, kaal on liiga suur ja vase soojusvaheti soojusmaht on väike , ja seda on lihtne oksüdeerida. . Teisest küljest on puhas alumiinium liiga pehme, et seda kasutada. Kasutatav alumiiniumisulam võib olla piisav kõvadus. Alumiiniumisulami eeliseks on see, et see on odav ja kerge, kuid soojusjuhtivus on palju halvem kui vask. Seetõttu on radiaatori arengu ajaloos ilmnenud järgmised materjalid:
Puhas alumiiniumradiaator
Puhas alumiiniumradiaatorid on kõige tavalisemad radiaatorid esimestel päevadel. Tootmisprotsess on lihtne ja maksumus madal. Seni on puhas alumiiniumradiaatorid veel hõivatud märkimisväärse osa turuga. Uimede soojuse hajutamise piirkonna suurendamiseks on puhta alumiiniumradiaatorite kõige tavalisem töötlemismeetod alumiiniumist ekstrusioonitehnoloogia ja peamine näitaja puhta alumiiniumradiaatori hindamiseks on radiaatori aluse ja Pin-Fin suhte paksus. Pin tähistab jahutusradiaatori uimede kõrgust ja Fin viitab kahe külgneva uimede vahelisele kaugusele. Pin-Fin suhe on Pin kõrgus (va aluse paksus) jagatuna Fin. Mida suurem on Pin-Fin suhe, seda suurem on jahutusradiaatori efektiivne soojuse hajutamisala, mis tähendab, et alumiiniumist ekstrusioonitehnoloogia on rohkem arenenud.
Puhas vaskradiaator
Vask on soojusülekande koefitsient 1,69 korda alumiiniumist, nii et puhtad vask-soojusvedelikud võivad soojusallikast soojust kiiremini eemaldada, kõik muud asjad on võrdsed. Vase tekstuur on siiski probleem. Paljud "puhtad vask radiaatorid" ei ole tegelikult 100% vask. Vask-nimekirjas nimetatakse vase, mis sisaldab üle 99%, happevabaks vaseks ja järgmine vase klass on vask, mis sisaldab vähem kui 85% vaske. Tänapäeval turul on puhta vaskkuumutite vase sisaldus kusagil vahepeal. Mõned halvemad puhtad vask-radiaatorid ei sisalda isegi 85% vaske. Kuigi maksumus on väga madal, väheneb nende soojusülekandevõime oluliselt, mis mõjutab soojuse hajutamist. Lisaks on ka vask ilmselged puudused, suured kulud, keeruline töötlemine ja liiga suured jahutusradiaatorid takistavad kõigi vaskjahutite kasutamist. Punase vase kõvadus ei ole nii hea kui alumiiniumisulamist AL6063. Mõningad mehaanilised töötlemised (nagu soonimine jne) ei ole nii alumiiniumist, kui ka alumiinium; vasel on palju kõrgem sulamistemperatuur kui alumiinium, mis ei soodusta ekstrusiooni ja muid probleeme.
Vask-alumiiniumist sidumise tehnoloogia
Arvestades kahe materjali, vase ja alumiiniumi puudusi, kasutavad mõned kõrgtehnoloogilised jahutusvedelikud turul sageli vase ja alumiiniumi kombinatsiooni. Need jahutusradiaatorid kasutavad tavaliselt vaskmetalli alust, samal ajal kui soojusvaheti uimed kasutavad alumiiniumisulamist. Lisaks vase baasile on olemas ka sellised meetodid nagu vaskpostide kasutamine jahutusradiaatoris, mis on sama põhimõte. Kõrge soojusjuhtivusega võib vaskpõhi kiiresti absorbeerida CPU poolt vabaneva soojuse; alumiiniumist uimed on võimalik valmistada kuju, mis on kõige soodsam soojuse hajutamiseks keeruliste protsesside abil ning tagab suure soojustamisruumi ja kiire vabastamise. Tasakaalupunkt leiti kõigis aspektides.
LED-valgustugevuse ja tööea parandamiseks on LED-toodete soojuse hajutamise probleemi lahendamine selles etapis üks tähtsamaid küsimusi. LED-i tööstuse arendamisel keskendutakse ka suure võimsusega, suure heleduse ja väikeste LED-toodete arendamisele. Kõrge soojuse hajutamise ja täpse suurusega soojust hajutav substraat on muutunud ka suundumuseks LED-soojust hajutavate substraatide edasisel arendamisel. Praegu on alumiiniumoksiidi substraat asendatud alumiiniumnitriidi substraadiga või LED / valgustugevuse parandamiseks kasutatakse dieet / substraadi sidumismeetodit kuldtraadi asendamiseks eutektilise või flip-kiipprotsessiga. Selle arengusuundumuse kohaselt on soojust hajutavate substraatide joondamise täpsus äärmiselt range ja see peab omama kõrget soojuse hajutamist, väikest suurust ja head metallide kinnitamist. Seetõttu toodetakse õhukese keraamilise soojust hajutava substraadi abil kollast heledat mikro-varju. See on üks tähtsamaid katalüsaatoreid LED-i pideva suure võimsuse edendamiseks.