LED的散熱
摘要: LED的散熱現(xiàn)在越來越為人們所重視,這是因?yàn)長ED的光衰或其壽命是直接和其結(jié)溫有關(guān),散熱不好結(jié)溫就高,壽命就短,依照阿雷紐斯法則溫度每降低10℃壽命會延長2倍。
4.2導(dǎo)熱膠和導(dǎo)熱雙面膠帶
鋁基板雖然已經(jīng)解決了從LED連接到以鋁板為基板的電路上,可以把熱傳遞到鋁板上,但是遺憾的是,這個(gè)鋁板往往還不是最終的散熱器,通常還要把這個(gè)鋁板連接到真正的散熱器上去。最簡單的方法就是用鉚釘或螺釘?shù)姆椒ㄟB接到散熱器。但是這種方法往往會形成空氣隙,而很小的空氣隙產(chǎn)生的熱阻會比其他熱阻大幾十倍。因?yàn)榭諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)為0.023W/m·k。所以必須涂上導(dǎo)熱膠來填充空隙。一般的導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)大約在1-2W/m·k。
但是導(dǎo)熱膠必須要流動性好,不然的話由于涂抹不均勻仍然會產(chǎn)生氣隙,可能比不用還壞。導(dǎo)熱膠的另一個(gè)缺點(diǎn)是本身的粘性不足以把鋁基板固定在鋁散熱器上。
所以另一種方法是采用有很強(qiáng)黏結(jié)性而又導(dǎo)熱的雙面膠片。這種導(dǎo)熱膠片是使用丙烯系列材料制造出來帶有粘性的熱傳導(dǎo)片,它是屬于有粘性和低熱抵抗的散熱材料。而且具備熱傳導(dǎo)性和柔軟性,可以緊貼零件上的凹凸部位,從而防止了氣隙的存在。導(dǎo)熱硅膠片的導(dǎo)熱系數(shù)通常在2-3W/m·k之間。它的抗拉強(qiáng)度可達(dá)8kg/cm2。足以黏結(jié)鋁基板和鋁散熱器。耐壓可達(dá)4KV/mm。
4.3柔性印制板
從鋁基板的構(gòu)造人們一定會產(chǎn)生這樣的疑問,為什么印制電路要先粘到一個(gè)薄鋁板上而不是直接粘到散熱器上?這樣還可以省去鉆孔、涂導(dǎo)熱膠、擰螺釘?shù)裙ば颍疫€可以省掉導(dǎo)熱膠的熱阻。主要原因是散熱器的形狀一般不是簡單的平面,要熱壓黏結(jié)比較困難,而且散熱器是由燈具廠設(shè)計(jì)制造的,而鋁基板則是由印制板廠制造的。解決這個(gè)問題的方法是采用柔性印制板再貼到鋁散熱器上去。
4.4 LED直接焊到鋁散熱器上去。這是一種更為革命的徹底解決方法。對于1W以上的大功率LED,通常它的散熱銅底板是和兩個(gè)電極是絕緣的。為了使它能夠更直接散熱,最好把它的散熱底板直接和散熱器焊接在一起??墒且话愕纳崞鞫际卿X合金制成的,是無法焊接的。如果采用銅散熱器當(dāng)然可以解決這個(gè)問題,但是無論是價(jià)錢和重量都是無法接受的。一個(gè)簡單的解決方法是在鋁散熱器上噴鍍銅。然后再在柔性印制板上打洞,使得LED的銅底板直接暴露在散熱器面上,然后采用低溫焊錫進(jìn)行焊接。這種方法可以免除掉鋁基板的熱阻和導(dǎo)熱硅膠或硅片的熱阻。從而大大提高了散熱效率。總之,LED到散熱器之間的界面越少越好。
五.熱管導(dǎo)熱
在很多場合需要把LED所產(chǎn)生的熱量以最快的速度傳送到散熱器,這在采用集成式的單片大功率LED中尤其重要,因?yàn)樗臒崃亢艽?功率可達(dá)50W-100W)又很集中(有時(shí)只有30mm),這時(shí)候就必須采用熱管散熱。
熱管也稱為相變導(dǎo)熱器,因?yàn)樵谄渲械囊后w從液相變?yōu)闅庀喽鴮?dǎo)熱。它的熱阻非常小,大約只有0.065°C/W。
圖7. 熱管導(dǎo)熱原理
其內(nèi)壁采用銅粉燒結(jié),以利于變回液相的載熱體吸附其上而回流。然而,熱管只能把熱傳送到遠(yuǎn)端,而并沒有把熱量散發(fā)到空氣中去。所以即使采用熱管,還是需要有普通的鋁散熱器把熱量散發(fā)出去。再次要提醒注意的是,采用銅熱管以后,要特別注意它和前端的鋁基板以及后端的鋁散熱器的結(jié)合部一定要互相緊密地接觸并防止由于熱膨脹系數(shù)的不同而脫開。在其結(jié)合部要采用高質(zhì)量的導(dǎo)熱硅膠涂敷。
導(dǎo)熱效果更好的是回路熱管
圖8. 回路熱管
回路熱管的最大優(yōu)點(diǎn)就是它的不需要外加動力裝置就可以循環(huán)導(dǎo)熱、導(dǎo)熱距離長,傳送功率大(幾百瓦),形狀多樣性和不受重力要求的限制,也就是說它可以任意放置。臺灣的陽杰科技公司采用了回路熱管技術(shù)以后,150W的LED路燈重量只有8.5公斤,100W的LED路燈,重量只有5.5公斤。
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