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LED防爆燈有效散熱方式概述

2017年12月05日 11:03溫州江本電氣有限公司點擊量:784

隨著LED防爆燈材料及封裝技術的不斷演進,促使LED防爆燈產品亮度不斷提高,LED防爆燈的應用越來越廣,以LED防爆燈作為顯示器的背光源,更是近來熱門的話題,主要是不同種類的LED防爆燈背光源技術分別在色彩、亮度、壽命、耗電度及環保訴求等均比傳統冷陰極管(CCFL)更具優勢,因而吸引業者積極投入。

zui初的單芯片LED防爆燈的功率不高,發熱量有限,熱的問題不大,因此其封裝方式相對簡單。但近年隨著LED防爆燈材料技術的不斷突破,LED的封裝技術也隨之改變,從早期單芯片的炮彈型封裝逐漸發展成扁平化、大面積式的多芯片封裝模組;其工作電流由早期20mA左右的低功率LED,進展到目前的1/3至1A左右的高功率LED,單顆LED的輸入功率高達1W以上,甚至到3W、5W封裝方式更進化。

由于高亮度高功率LED防爆燈系統所衍生的熱問題將是影響產品功能優劣關鍵,要將LED組件的發熱量迅速排出至周遭環境,首先必須從封裝層級(L1& L2)的熱管理著手。目前業界的作法是將LED芯片以焊料或導熱膏接在一均熱片上,經由均熱片降低封裝模組的熱阻抗,這也是目前市面上zui常見的LED封裝模組,主要來源有Lumileds、OSRAM、CREE 和Nicha等LED廠商。

一般說來,普通風冷散熱器自然要選擇金屬作為散熱器的材料。對所選用的材料,希望其同時具有高比熱和高熱傳導系數,從上可以看出,銀和銅是的導熱材料,其次是金和鋁。但是金、銀太過昂貴,所以,目前散熱片主要由鋁和銅制成。相比較而言,銅和鋁合金二者同時各有其優缺點:銅的導熱性好,但價格較貴,加工難度較高,重量過大,且銅制散熱器熱容量較小,而且容易氧化。另一方面純鋁太軟,不能直接使用,都是使用的鋁合金才能提供足夠的硬度,鋁合金的優點是價格低廉,重量輕,但導熱性比銅就要差很多。所以在散熱器的發展*也出現了以下幾種材質的產品:

純鋁散熱器

純鋁散熱器是早期zui為常見的散熱器,其制造工藝簡單,成本低,到目前為止,純鋁散熱器仍然占據著相當一部分市場。為增加其鰭片的散熱面積,純鋁散熱器zui常用的加工手段是鋁擠壓技術,而評價一款純鋁散熱器的主要指標是散熱器底座的厚度和Pin-Fin 比。Pin是指散熱片的鰭片的高度,Fin 是指相鄰的兩枚鰭片之間的距離。Pin-Fin 比是用Pin 的高度(不含底座厚度)除以Fin,Pin-Fin 比越大意味著散熱器的有效散熱面積越大,代表鋁擠壓技術越*。

純銅散熱器

銅的熱傳導系數是鋁的1.69 倍,所以在其他條件相同的前提下,純銅散熱器能夠更快地將熱量從熱源中帶走。不過銅的質地是個問題,很多標榜“純銅散熱器”其實并非是真正的100%的銅。在銅的列表中,含銅量超過99%的被稱為無酸素銅,下一個檔次的銅為含銅量為85%以下的丹銅。目前市場上大多數的純銅散熱器的含銅量都在介于兩者之間。而一些劣質純銅散熱器的含銅量甚至連85%都不到,雖然成本很低,但其熱傳導能力大大降低,影響了散熱性。此外,銅也有明顯的缺點,成本高,加工難,散熱器質量太大都阻礙了全銅散熱片的應用。紅銅的硬度不如鋁合金AL6063,某些機械加工(如剖溝等)性能不如鋁;銅的熔點比鋁高很多,不利于擠壓成形( Extrusion )等等問題。

銅鋁結合技術

在考慮了銅和鋁這兩種材質各自的缺點后,目前市場部分散熱器往往采用銅鋁結合制造工藝,這些散熱片通常都采用銅金屬底座,而散熱鰭片則采用鋁合金,當然,除了銅底,也有散熱片使用銅柱等方法,也是相同的原理。憑借較高的導熱系數,銅制底面可以快速吸收CPU釋放的熱量;鋁制鰭片可以借助復雜的工藝手段制成zui有利于散熱的形狀,并提供較大的儲熱空間并快速釋放,這在各方面找到了的一個均衡點。

LED防爆燈材質的選擇

熱傳導系數 (單位: W/mK)

銀 429

銅 401

金 317

鋁 237

鐵 80

鉛 34.8

1070 型鋁合金 226

1050型鋁合金 209

6063 型鋁合金 201

6061型鋁合金 155

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