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      LED隧道燈LED投光燈LED戶外燈具的散熱設計中散熱方式和材質大揭秘

      隨著LED材料及封裝技術的不斷演進,促使LED產品亮度不斷提高,LED的應用越來越廣,以LED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。

      最初的單芯片LED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,這也是目前市面上最常見的LED封裝模組,主要來源有Lumileds、OSRAM、Cree 和Nicha等LED國際知名廠商。

      許多終端的應用產品,如迷你型投影機、車用及照明用燈源,在特定面積下所需的流明量需超過上千流明或上萬流明,單靠單芯片封裝模組顯然不足以應付,走向多芯片LED封裝,及芯片直接黏著基板已是未來發展趨勢。

      散熱問題是在LED開發用作照明物體的主要障礙,采用陶瓷或散熱管是一個有效防止過熱的方法,但散熱管理解決方案使材料的成本上升,高功率LED散熱管理設計的目的是有效地降低芯片散熱到最終產品之間的熱阻,R junction-to-case是其中一種采用材料的解決方案,提供低熱阻但高傳導性,通過芯片附著或熱金屬方法來使熱直接從芯片傳送到封裝外殼的外面。

      當然,LED的散熱組件與CPU散熱相似,都是由散熱片、熱管、風扇及熱界面材料所組成的氣冷模組為主,當然水冷也是熱對策之一。以當前最熱門的大尺寸LED TV背光模組而言,40英寸及46英寸的LED背光源輸入功率分別為470W及550W,以其中的80%轉成熱來看,所需的散熱量約在360W及440W左右。

      那么該如何將這些熱量帶走?目前業界有用水冷方式進行冷卻,但有高單價及可靠度等疑慮;也有用熱管配合散熱片及風扇來進行冷卻,比方說日本大廠SONY的 46吋LED背光源液晶電視,但風扇耗電及噪音等問題還是存在。因此,如何設計無風扇的散熱方式,可能會是決定未來誰能勝出的重要關鍵。

      下面就為大家介紹幾種散熱方式和散熱的材質。

      散熱方式

      一般說來,依照從散熱器帶走熱量的方式,可以將散熱器分為主動式散熱和被動式散熱。所謂的被動式散熱,是指通過散熱片將熱源LED光源熱量自然散發到空氣中,其散熱的效果與散熱片大小成正比,但因為是自然散發熱量,效果當然大打折扣,常常用在那些對空間沒有要求的設備中,或者用于為發熱量不大的部件散熱,如部分普及型主板在北橋上也采取被動式散熱,絕大多數采取主動式散熱式,主動式散熱就是通過風扇等散熱設備強迫性地將散熱片發出的熱量帶走,其特點是散熱效率高,而且設備體積小。

      主動式散熱,從散熱方式上細分,可以分為風冷散熱、液冷散熱、熱管散熱、半導體制冷、化學制冷等等。

      風冷風冷散熱是最常見的散熱方式,相比較而言,也是較廉價的方式。風冷散熱從實質上講就是使用風扇帶走散熱器所吸收的熱量。具有價格相對較低,安裝方便等優點。但對環境依賴比較高,例如氣溫升高以及超頻時其散熱性能就會大受影響。

      液冷

      液冷散熱是通過液體在泵的帶動下強制循環帶走散熱器的熱量,與風冷相比,具有安靜、降溫穩定、對環境依賴小等等優點。液冷的價格相對較高,而且安裝也相對麻煩一些。同時安裝時盡量按照說明書指導的方法安裝才能獲得最佳的散熱效果。出于成本及易用性的考慮,液冷散熱通常采用水做為導熱液體,因此液冷散熱器也常常被稱為水冷散熱器。

      熱管

      熱管屬于一種傳熱元件,它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質,通過在全封閉真空管內的液體的蒸發與凝結來傳遞熱量,具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點,并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小等優點。其導熱能力已遠遠超過任何已知金屬的導熱能力。

      半導體制冷

      半導體制冷就是利用一種特制的半導體制冷片在通電時產生溫差來制冷,只要高溫端的熱量能有效的散發掉,則低溫端就不斷的被冷卻。在每個半導體顆粒上都產生溫差,一個制冷片由幾十個這樣的顆粒串聯而成,從而在制冷片的兩個表面形成一個溫差。利用這種溫差現象,配合風冷/水冷對高溫端進行降溫,能得到優秀的散熱效果。半導體制冷具有制冷溫度低、可靠性高等優點,冷面溫度可以達到零下10℃以下,但是成本太高,而且可能會因溫度過低導致造成短路,而且現在半導體制冷片的工藝也不成熟,不夠實用。

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