LED-lamppujen lämmönpoistomateriaalit ja -tekniikka

Lämmön hajaantuminen on tärkeä LED-lamppujen valaistuksen voimakkuuteen vaikuttava tekijä. Jäähdytyselementti voi ratkaista matalan valaistuksen LED-lamppujen lämmönpoisto-ongelman, mutta jäähdytyselementti ei voi ratkaista suuritehoisten lamppujen lämmönpoisto-ongelmaa.

Ihanteellisen valaistusvoimakkuuden saavuttamiseksi LED-lamppukomponenttien vapautuvan lämmön ratkaisemiseksi on käytettävä aktiivista jäähdytystekniikkaa, ja jotkut aktiivijäähdytysratkaisut, kuten tuulettimet, eivät ole yhtä pitkäikäisiä kuin LED-lamput.

Käytännön aktiivisen jäähdytysratkaisun tarjoamiseksi kirkkaille LED-valaisimille lämmönpoistotekniikan on oltava vähän energiaa kuluttavaa ja sovellettavissa pieniin valaisimiin, joiden käyttöikä on samanlainen tai pidempi kuin valonlähteen.

Yleisesti ottaen jäähdytyselementit voidaan jakaa aktiiviseen jäähdytykseen ja passiiviseen jäähdytykseen sen mukaan, miten lämpö otetaan pois jäähdytyselementistä.

Ns. passiivinen lämmönpoisto tarkoittaa, että lämmönlähteen LED-valonlähteen lämpö haihtuu luonnollisesti ilmaan jäähdytyselementin kautta ja lämmönpoistovaikutus on verrannollinen jäähdytyselementin kokoon. Mutta koska se haihduttaa lämpöä luonnollisesti, vaikutus on tietysti huomattavasti pienempi. Sitä käytetään usein laitteissa, jotka eivät vaadi tilaa, tai lämmön hajauttamiseen komponentteihin, jotka tuottavat vähän lämpöä. Esimerkiksi jotkut suositut emolevyt ottavat käyttöön myös passiivisen lämmönpoiston pohjoissillalla.

Aktiivisen lämmönpoiston tarkoituksena on pakottaa jäähdytyselementin lähettämä lämpö pois puhaltimien ja muiden lämmönpoistolaitteiden kautta. Sille on ominaista korkea lämmönpoistoteho ja pieni laitekoko.

Aktiivinen lämmönpoisto voidaan jakaa ilmajäähdytteiseen lämmönpoistoon, nestejäähdytteiseen lämmönpoistoon, lämpöputkien lämmönpoistoon, puolijohdejäähdytykseen, kemialliseen jäähdytykseen ja niin edelleen.

01. Ilmajäähdytys

Ilmajäähdytys on yleisin lämmönpoistomenetelmä, ja se on myös suhteellisen halpa menetelmä. Ilmajäähdytys on pohjimmiltaan tuulettimien käyttöä jäähdytyslevyn absorboiman lämmön poistamiseksi. Sen etuna on suhteellisen alhainen hinta ja kätevä asennus. Se on kuitenkin erittäin riippuvainen ympäristöstä. Esimerkiksi sen lämmönpoistokyky vaikuttaa suuresti, kun lämpötila nousee ja ylikellotetaan.

02. Nestejäähdytys

Nestejäähdytyksen lämmönpoiston tarkoituksena on poistaa jäähdytyselementin lämpö pumpun käyttölaitteen alla tapahtuvan nesteen pakkokierron kautta. Ilmajäähdytykseen verrattuna sen etuna on hiljaisuus, vakaa jäähdytys ja vähemmän riippuvuus ympäristöstä. Nestejäähdytyksen hinta on suhteellisen korkea ja asennus suhteellisen hankalaa. Yritä samalla noudattaa käyttöohjeen ohjeita asennuksen aikana saadaksesi parhaan lämmönpoistovaikutuksen. Kustannusten ja helppokäyttöisyyden vuoksi nestejäähdytyksessä käytetään yleensä vettä lämmönjohtavana nesteenä, joten nestejäähdytysjäähdytyselementtejä kutsutaan usein vesijäähdytysjäähdytyselementeiksi.

03. Lämpöputken jäähdytys

Lämpöputki on eräänlainen lämmönsiirtoelementti, joka hyödyntää täysin lämmönjohtavuusperiaatetta ja jäähdytysväliaineen nopeita lämmönsiirtoominaisuuksia ja siirtää lämpöä nesteen haihtumisen ja kondensoitumisen kautta täysin suljetussa tyhjiöputkessa. erittäin korkea lämmönjohtavuus ja hyvä isoterminen Lämmönsiirtoalue kylmän ja kuuman puolen molemmilla puolilla voidaan muuttaa mielivaltaisesti, pitkän matkan lämmönsiirto, lämpötilan säätö jne., ja lämpöputkista koostuvalla lämmönvaihtimella on korkea lämmönsiirtotehokkuus , kompakti rakenne ja pieni nestevastushäviö. etu. Sen kyky johtaa lämpöä on paljon parempi kuin minkä tahansa tunnetun metallin.

04. Puolijohdejäähdytys

Puolijohdejäähdytyksessä käytetään erityistä puolijohdejäähdytyssirua lämpötilaeron tuottamiseksi, kun se kytketään jäähtymään. Niin kauan kuin lämpö korkean lämpötilan päässä voidaan tehokkaasti haihduttaa, matalan lämpötilan päätä jäähdytetään jatkuvasti. Jokaiseen puolijohdehiukkaseen syntyy lämpötilaero, ja jäähdytyslevy koostuu kymmenistä tällaisista hiukkasista sarjassa, jolloin muodostuu lämpötilaero jäähdytyslevyn kahdelle pinnalle. Käyttämällä tätä lämpötilaeroilmiötä yhdessä ilmajäähdytyksen/vesijäähdytyksen kanssa korkean lämpötilan pään jäähdyttämiseksi voidaan saavuttaa erinomainen lämmönpoistovaikutus.

Puolijohdejäähdytyksen etuna on alhainen jäähdytyslämpötila ja korkea luotettavuus. Kylmän pinnan lämpötila voi nousta alle miinus 10 asteeseen, mutta hinta on liian korkea ja se voi aiheuttaa oikosulun liian alhaisen lämpötilan vuoksi. Lisäksi puolijohdejäähdytyssirujen teknologia ei ole tällä hetkellä riittävän kypsää. käytännöllinen.

05. Kemiallinen jäähdytys

Niin sanotussa kemiallisessa jäähdytyksessä käytetään joitain erittäin alhaisen lämpötilan kemiallisia aineita, ja niiden avulla imetään suuri määrä lämpöä sulaessa lämpötilan alentamiseksi. Tässä suhteessa kuivajään ja nestemäisen typen käyttö on yleisempää. Esimerkiksi kuivajään käyttö voi laskea lämpötilan alle miinus 20 astetta, ja jotkut liioitellummat pelaajat käyttävät nestemäistä typpeä prosessorin lämpötilan laskemiseen alle miinus 100 asteen (teoreettisesti). Tietysti korkean hinnan ja lyhyen keston vuoksi tämä menetelmä näkyy enemmän laboratorioissa tai äärimmäisissä ylikellotuksissa.

Yleisesti ottaen tavalliset ilmajäähdytteiset jäähdytyslevyt valitsevat luonnollisesti metallin jäähdytyslevyn materiaaliksi. Valitun materiaalin osalta toivotaan, että sillä on sekä korkea ominaislämpö että korkea lämmönjohtavuus.

Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, hopea ja kupari ovat parhaita lämmönjohtimia, joita seuraa kulta ja alumiini. Koska kulta ja hopea ovat liian kalliita, jäähdytyslevyt valmistetaan tällä hetkellä pääasiassa alumiinista ja kuparista.

Sekä kuparilla että alumiiniseoksella on omat etunsa ja haittansa: kuparilla on hyvä lämmönjohtavuus, mutta se on kalliimpaa, vaikeampi käsitellä, liian raskas, jäähdytyselementin lämpökapasiteetti on pieni ja se on helppo hapettaa.

Toisaalta puhdas alumiini on liian pehmeää suoraan käytettäväksi, ja alumiiniseokset voivat tarjota riittävän kovuuden. Alumiiniseoksen etuja ovat alhainen hinta ja keveys, mutta lämmönjohtavuus on huonompi kuin kuparin. Siksi seuraavat materiaalit ovat ilmestyneet jäähdytyselementtien kehityksen historiassa:

01. Alumiininen jäähdytyslevy

Puhdasta alumiinista valmistettu jäähdytyslevy on alkuvaiheessa yleisin jäähdytyselementti, ja sen valmistusprosessi on yksinkertainen ja kustannukset alhaiset. Toistaiseksi puhtaasta alumiinista valmistetut jäähdytyslevyt ovat edelleen vallassa huomattavan osan markkinoista. Sen evien lämmönpoistopinta-alan lisäämiseksi puhtaan alumiinin jäähdytyslevyjen yleisimmin käytetty käsittelymenetelmä on alumiinin suulakepuristustekniikka, ja puhtaan alumiinin jäähdytyselementin arvioinnin tärkeimmät indikaattorit ovat jäähdytyslevyn pohjan paksuus ja Pin. - Fin suhde.

Tappi viittaa jäähdytyslevyn evien korkeuteen ja Fin viittaa kahden vierekkäisen evän väliseen etäisyyteen. Pin-Fin-suhde on tapin korkeus (pois lukien pohjan paksuus) jaettuna evalla. Mitä suurempi Pin-Fin-suhde tarkoittaa, sitä suurempi on jäähdytyselementin tehokas lämmönpoistoalue, mikä tarkoittaa, että alumiinin suulakepuristustekniikka on edistyneempi.

02 Kuparijäähdytyselementti

Kuparin lämmönjohtavuus on 1,69 kertaa alumiinin lämmönjohtavuus, joten jos muut olosuhteet ovat samat, puhdas kuparijäähdytyselementti voi poistaa lämpöä lämmönlähteestä nopeammin. Kuparin rakenne on kuitenkin ongelma. Monet "puhtaaksi kupariksi" mainostetut jäähdytyslevyt eivät itse asiassa ole 100-prosenttista kuparia.

Kupariluettelossa yli 99 prosentin kuparipitoisuutta kutsutaan hapottomaksi kupariksi, ja seuraava kuparilaji on punainen kupari, jonka kuparipitoisuus on alle 85 prosenttia. Suurin osa markkinoilla olevista puhtaan kuparin jäähdytyselementeistä on tällä hetkellä kuparipitoisuus näiden kahden välillä. Jotkut huonolaatuisemman puhtaan kuparin jäähdytyslevyt sisältävät alle 85 prosenttia kuparia. Vaikka kustannukset ovat erittäin alhaiset, niiden lämmönjohtavuus heikkenee huomattavasti, mikä vaikuttaa lämmön hajaantumiseen.

Lisäksi kuparilla on myös ilmeisiä haittoja, kuten korkea hinta, vaikea käsittely ja suuri jäähdytyselementtien massa estää kokonaan kuparisten jäähdytyslevyjen käytön. Punaisen kuparin kovuus ei ole yhtä hyvä kuin alumiiniseoksen AL6063, ja tietyn mekaanisen käsittelyn (kuten urituksen jne.) suorituskyky ei ole yhtä hyvä kuin alumiinin; kuparin sulamispiste on paljon korkeampi kuin alumiinin, mikä ei edistä ekstruusiota.

03. Kupari-alumiinin liimaustekniikka

Kun otetaan huomioon kuparin ja alumiinin puutteet, jotkin markkinoiden huippuluokan jäähdytyslevyt käyttävät tällä hetkellä kupari-alumiinin yhdistelmävalmistusprosessia. Näissä jäähdytyslevyissä käytetään yleensä kuparimetallipohjaa, kun taas lämmönpoistorivat on valmistettu alumiiniseoksesta. Tietysti kuparisen pohjan lisäksi on olemassa myös menetelmiä, kuten kuparipilarien käyttö jäähdytyselementissä, mikä on myös sama periaate.

Korkean lämmönjohtavuuden ansiosta kuparinen pohjapinta voi nopeasti absorboida lämmönlähteen vapauttaman lämmön, ja alumiinirivat voidaan tehdä muotoon, joka edistää lämmön haihtumista monimutkaisten prosessivälineiden avulla ja tarjoaa suuren lämmön varastointitilaa ja vapauta se nopeasti. Tasapainopiste on löydetty kaikilta osin.