Fasilitas Canggih Produksi EfisienLED chip tunggal awal tidak terlalu kuat, memiliki generasi panas yang terbatas, dan memiliki sedikit masalah termal, sehingga paketnya relatif sederhana. Namun, dengan terobosan terus menerus dari teknologi material LED dalam beberapa tahun terakhir, teknologi pengemasan LED juga telah berubah. Dari paket tipe senjata chip satu chip awal, secara bertahap dikembangkan menjadi modul paket multi-chip datar yang luas; saat ini beroperasi dari awal 20mA. LED berdaya rendah di kiri dan kanan telah berkembang ke LED daya tinggi saat ini sekitar 1/3 hingga 1A. Daya input LED tunggal setinggi 1W atau lebih, dan bahkan mode paket 3W dan 5W lebih berkembang.
Karena masalah panas yang disebabkan oleh kecerahan tinggi dan sistem LED daya tinggi akan menjadi kunci untuk mempengaruhi fungsi produk, untuk dengan cepat melepaskan panas yang dihasilkan oleh komponen LED ke lingkungan sekitarnya, maka perlu untuk mulai dengan manajemen termal tingkat paket (L1 & L2). Saat ini, praktik industri adalah untuk mengurangi impedansi termal dari modul paket melalui penyebar panas dengan menyolder chip LED dengan solder atau pasta termal pada penyebar panas.
Banyak aplikasi terminal, seperti proyektor mini, sumber otomotif dan penerangan, membutuhkan lebih dari seribu lumens atau puluhan ribu lumens untuk area tertentu. Modul paket chip tunggal jelas tidak memadai. Pergi ke paket LED multi-chip dan langsung menghubungkan chip ke substrat adalah tren pengembangan di masa depan.
Masalah disipasi panas adalah hambatan utama dalam pengembangan LED untuk objek pencahayaan. Penggunaan pipa keramik atau panas adalah cara yang efektif untuk mencegah panas berlebih. Namun, solusi manajemen panas meningkatkan biaya bahan. Tujuan dari desain manajemen panas LED daya tinggi adalah untuk secara efektif mengurangi R junction-to-case adalah salah satu solusi berbasis bahan yang memberikan pembuangan panas dari chip, memberikan ketahanan termal yang rendah tetapi konduktivitas tinggi, memungkinkan panas untuk ditransfer secara langsung dari chip melalui die attach atau metode hot metal. Bagian luar paket perumahan.
Tentu saja, komponen disipasi panas LED mirip dengan disipasi panas CPU. Mereka terutama modul berpendingin udara yang terdiri dari unit pendingin, pipa panas, kipas dan bahan antarmuka termal. Tentu saja, pendingin air juga merupakan salah satu penanggulangan panas. Dalam modul TV backlight LED ukuran besar terpanas saat ini, lampu latar LED 40-inci dan 46-inci memiliki daya input masing-masing 470W dan 550W, 80% di antaranya diubah menjadi panas, dan pembuangan panas yang diperlukan sekitar 360W dan 440W atau lebih.
Jadi bagaimana Anda mengambil panas ini? Saat ini, ada metode pendinginan air untuk pendinginan di industri, tetapi ada keraguan tentang harga satuan yang tinggi dan keandalan. Hal ini juga berguna untuk menggunakan pipa panas dengan pendingin dan kipas untuk pendinginan.
Metode pembuangan panas
Secara umum, heat sink dapat dibagi menjadi heat sink aktif dan heat sink pasif sesuai dengan cara panas dikeluarkan dari heat sink. Yang disebut pembuangan panas pasif berarti bahwa panas dari sumber cahaya LED sumber cahaya secara alami dipancarkan ke udara melalui heat sink, dan efek pembuangan panas sebanding dengan ukuran heat sink, tetapi karena panas alami disipasi, efeknya tentu saja sangat berkurang, dan sering digunakan di ruang ruang tersebut. Dalam peralatan yang tidak diperlukan, atau digunakan untuk membuang panas untuk komponen yang menghasilkan lebih sedikit panas. Sebagai contoh, beberapa motherboard populer juga mengadopsi disipasi panas pasif di jembatan utara. Sebagian besar dari mereka mengadopsi disipasi panas aktif. Pembuangan panas aktif dipaksakan oleh pendingin seperti kipas. Panas yang dipancarkan oleh heat sink diambil, yang ditandai dengan efisiensi pembuangan panas yang tinggi dan ukuran perangkat yang kecil.
Pembuangan panas aktif, dibagi lagi dari metode pembuangan panas, dapat dibagi menjadi pendingin udara, pendingin cair, pendingin pipa panas, pendingin semikonduktor, pendingin kimia dan sebagainya.
Udara dingin yang didinginkan udara adalah bentuk disipasi panas yang paling umum, dan sebagai perbandingan, ini juga merupakan cara yang lebih murah. Pendinginan udara pada dasarnya adalah kipas yang menghilangkan panas yang diserap oleh heat sink. Ini memiliki keunggulan harga yang relatif rendah dan pemasangan yang mudah. Namun, itu sangat tergantung pada lingkungan, seperti naiknya suhu dan kinerja overheating.
Pendingin cair
Panas pendingin cairan dipaksa untuk mengedarkan panas radiator oleh pompa di bawah penggerak pompa. Dibandingkan dengan pendingin udara, ia memiliki keunggulan ketenangan, stabilitas suhu yang stabil dan ketergantungan yang rendah terhadap lingkungan. Harga pendingin cair relatif tinggi, dan pemasangannya relatif rumit. Pada saat yang sama, pasanglah sebanyak mungkin sesuai dengan instruksi dalam instruksi untuk mendapatkan pembuangan panas terbaik. Untuk alasan biaya dan kemudahan penggunaan, disipasi panas pendingin cair biasanya menggunakan air sebagai cairan transfer panas, sehingga heat sink berpendingin cair sering disebut sebagai heat sink berpendingin air.
Pipa panas
Pipa kalor milik elemen perpindahan panas, yang sepenuhnya memanfaatkan prinsip konduksi panas dan sifat perpindahan panas cepat dari media pendingin, dan mentransfer panas dengan penguapan dan kondensasi cairan dalam tabung vakum tertutup sepenuhnya, dan memiliki sangat tinggi konduktivitas termal dan suhu isotermal yang baik. Daerah perpindahan panas di kedua sisi sisi panas dan dingin dapat diubah secara sewenang-wenang, perpindahan panas dapat jarak jauh, suhu dapat dikontrol, dan sejenisnya, dan penukar panas yang terdiri dari pipa panas memiliki efisiensi perpindahan panas yang tinggi , struktur kompak, resistensi cairan kecil, dll. keuntungan. Konduktivitas termal-nya jauh melebihi konduktivitas termal dari logam yang dikenal.
Pendinginan semikonduktor
Pendinginan semikonduktor menggunakan chip pendinginan semikonduktor khusus untuk menghasilkan perbedaan suhu untuk pendinginan saat diberi energi. Selama panas pada suhu tinggi dapat secara efektif hilang, suhu rendah terus didinginkan. Perbedaan suhu dihasilkan pada masing-masing partikel semikonduktor, dan lembaran pendingin dibentuk dengan menghubungkan lusinan partikel tersebut secara seri untuk membentuk perbedaan suhu pada kedua permukaan lembaran pendingin. Dengan menggunakan fenomena perbedaan suhu ini, pendingin udara / pendingin air dapat digunakan untuk mendinginkan suhu akhir yang tinggi, dan efek disipasi panas yang sangat baik dapat diperoleh. Pendinginan semikonduktor memiliki keunggulan suhu pendinginan rendah dan keandalan tinggi. Suhu permukaan dingin dapat mencapai di bawah 10 ° C, tetapi biayanya terlalu tinggi, dan itu dapat menyebabkan korsleting karena suhu rendah. Sekarang proses film pendingin semikonduktor tidak cukup matang. praktis.
Pendinginan kimia
Pendinginan kimia yang disebut adalah penggunaan beberapa bahan kimia suhu sangat rendah, yang menggunakannya untuk menyerap sejumlah besar panas selama pencairan untuk menurunkan suhu. Lebih umum menggunakan es kering dan nitrogen cair dalam hal ini. Misalnya, menggunakan es kering dapat menurunkan suhu di bawah minus 20 ° C, dan beberapa pemain "sesat" lainnya menggunakan nitrogen cair untuk menurunkan suhu CPU di bawah minus 100 ° C (secara teori), tentu saja, karena tingginya harga dan durasi pendek, Metode ini lebih umum di laboratorium atau penggemar overclocking yang ekstrim.
Pemilihan bahan
Koefisien perpindahan panas (unit: W / mK)
Perak 429
Tembaga 401
Emas 317
Aluminium 237
Besi 80
Pimpin 34.8
1070 paduan aluminium 226
1050 paduan aluminium 209
Paduan aluminium tipe 6063 201
Paduan aluminium tipe 6061 155
Secara umum, radiator berpendingin udara biasa secara alami memilih logam sebagai bahan radiator. Untuk bahan yang dipilih, diinginkan memiliki panas spesifik tinggi dan konduktivitas termal tinggi. Dari yang di atas, perak dan tembaga adalah bahan termal terbaik, diikuti oleh emas dan aluminium. Namun, emas dan perak terlalu mahal, sehingga heat sink saat ini sebagian besar terbuat dari aluminium dan tembaga. Sebagai perbandingan, baik paduan tembaga dan aluminium memiliki kelebihan dan kekurangan sendiri: tembaga memiliki konduktivitas termal yang baik, tetapi harganya relatif mahal, pengolahannya sulit, beratnya terlalu besar, dan kapasitas panas heat sink tembaga kecil. , dan mudah teroksidasi. . Di sisi lain, aluminium murni terlalu lunak untuk digunakan secara langsung. Paduan aluminium yang digunakan dapat memberikan kekerasan yang cukup. Keuntungan dari paduan aluminium adalah harganya yang murah dan ringan, tetapi konduktivitas termal jauh lebih buruk daripada tembaga. Oleh karena itu, dalam sejarah pengembangan radiator, material berikut telah muncul:
Radiator aluminium murni
Radiator aluminium murni adalah radiator yang paling umum pada masa-masa awal. Proses pembuatannya sederhana dan biayanya rendah. Sejauh ini, radiator aluminium murni masih menempati sebagian besar pasar. Untuk meningkatkan area pembuangan panas sirip, metode pemrosesan yang paling umum untuk radiator aluminium murni adalah teknologi ekstrusi aluminium, dan indikator utama untuk mengevaluasi radiator aluminium murni adalah ketebalan dasar radiator dan rasio Pin-Fin. Pin mengacu pada ketinggian sirip pendingin, dan sirip mengacu pada jarak antara dua sirip yang berdekatan. Rasio Pin-Fin adalah tinggi Pin (tidak termasuk ketebalan dasar) dibagi dengan Fin. Semakin besar rasio Pin-Fin berarti semakin besar area pembuangan panas efektif heat sink, yang berarti bahwa teknologi ekstrusi aluminium lebih maju.
Radiator tembaga murni
Tembaga memiliki koefisien perpindahan panas 1,69 kali lipat aluminium, jadi heat sink tembaga murni dapat menghilangkan panas dari sumber panas lebih cepat, semua hal lainnya dianggap sama. Namun, tekstur tembaga menjadi masalah. Banyak "radiator tembaga murni" tidak benar-benar 100% tembaga. Dalam daftar tembaga, tembaga yang mengandung lebih dari 99% disebut tembaga bebas asam, dan tembaga kelas berikutnya adalah tembaga yang mengandung kurang dari 85% tembaga. Kandungan tembaga dari heat sink tembaga paling murni di pasaran saat ini ada di antaranya. Beberapa radiator tembaga murni inferior bahkan tidak mengandung 85% tembaga. Meskipun biayanya sangat rendah, kapasitas perpindahan panas mereka sangat berkurang, yang mempengaruhi pembuangan panas. Selain itu, tembaga juga memiliki kekurangan yang jelas, biaya tinggi, pemrosesan yang sulit, dan heat sink yang terlalu besar menghambat penerapan heat sink semua-tembaga. Kekerasan tembaga merah tidak sebagus paduan aluminium AL6063. Beberapa pemrosesan mekanis (seperti grooving, dll.) Tidak sebagus aluminium; tembaga memiliki titik lebur yang jauh lebih tinggi daripada aluminium, yang tidak kondusif untuk ekstrusi dan masalah lainnya.
Teknologi ikatan tembaga-aluminium
Setelah mempertimbangkan kekurangan dari dua bahan, tembaga dan aluminium, beberapa heat sink kelas atas di pasar sering menggunakan kombinasi tembaga dan aluminium. Heat sink ini biasanya menggunakan dasar logam tembaga, sedangkan sirip heat sink menggunakan paduan aluminium. Selain dasar tembaga, ada juga metode seperti menggunakan tiang tembaga untuk heat sink, yang merupakan prinsip yang sama. Dengan konduktivitas termal yang tinggi, bagian bawah tembaga dapat dengan cepat menyerap panas yang dikeluarkan oleh CPU; sirip aluminium dapat dibuat menjadi bentuk yang paling menguntungkan untuk pembuangan panas melalui proses yang rumit, dan menyediakan ruang penyimpanan panas yang besar dan pelepasan cepat. Titik keseimbangan ditemukan di semua aspek.
Untuk meningkatkan efisiensi dan masa pakai bercahaya LED, menyelesaikan masalah pembuangan panas produk-produk LED adalah salah satu masalah paling penting pada tahap ini. Pengembangan industri LED juga difokuskan pada pengembangan produk LED berdaya tinggi, kecerahan tinggi, dan ukuran kecil. Substrat penghilang panas dengan disipasi panas tinggi dan ukuran presisi juga telah menjadi tren dalam pengembangan substrat penghilang panas LED di masa depan. Saat ini, substrat aluminium oksida digantikan oleh substrat aluminium nitrida, atau metode ikatan mati / substrat untuk mengganti kawat emas dengan proses eutektik atau flip chip digunakan untuk meningkatkan efisiensi bercahaya LED. Di bawah tren pengembangan ini, keakuratan pelurusan substrat penghilang panas itu sendiri sangat ketat, dan diperlukan untuk memiliki disipasi panas tinggi, ukuran kecil, dan adhesi garis logam yang baik. Oleh karena itu, film tipis substrat penghilang panas keramik diproduksi dengan menggunakan mikro-bayangan cahaya kuning. Ini akan menjadi salah satu katalis penting untuk mempromosikan daya tinggi berkesinambungan LED.