LED(裸片到散熱金屬塊)和散熱器的熱阻可以從制造商那里拿到,不過,他們有點偏向Group 3和它對總體散熱性能的重大影響。當添加除LED(Group 1)以外的所有熱阻后,你就得到了總的熱阻(RTT)(見下圖)。RTT允許你對系統(tǒng)散熱性能進行一個真實的比較。

　陶瓷：一物兩用

　　通常的做法是僅優(yōu)化散熱器。目前已有數(shù)以百計的LED散熱設(shè)計,基本上都采用鋁散熱器。但如要進一步改善散熱效果,就必須再進一步或甚至消除Group 3。電氣隔離可通過其他材料由散熱器本身來實現(xiàn)。我們的結(jié)論是陶瓷。陶瓷(如Rubalit(氧化鋁)或Alunit(氮化鋁))同時兼?zhèn)鋬煞N關(guān)鍵的特性,即電氣隔離和導(dǎo)熱。

　　Rubalit比鋁的導(dǎo)熱性能低一些,但Alunit比鋁的導(dǎo)熱性能略高。另一方面,Rubalit比Alunit便宜(見下圖)。它們的熱擴散系數(shù)可滿足半導(dǎo)體芯片的散熱需要。此外,它們是剛性的和耐腐蝕的,而且符合歐盟限制有害物質(zhì)指令(RoHS)。

　　簡化結(jié)構(gòu)(無需膠水和絕緣層等),再加上高功率LED和陶瓷散熱器之間的直接和永久邦定,為整個組裝工作創(chuàng)造了一個理想的操作條件。這帶來了極出的長期穩(wěn)定性、安全的熱管理和高可靠性。我們已經(jīng)為這一新思路申請了專利,命名為CeramCool。

　　理論依據(jù)

　　CeramCool陶瓷散熱器是電路板和散熱器的一個有效結(jié)合,它可以可靠地對熱敏感元件和電路進行冷卻。它實現(xiàn)了元件之間的直接和永久的連接。此外,陶瓷本身是電氣絕緣的,它可以通過使用金屬片提供邦定表面。如果需要,可以提供針對客戶的特定導(dǎo)體軌道結(jié)構(gòu),即使是三維的。

　　對于功率電子應(yīng)用來說,直接銅邦定是可能的。陶瓷散熱器可以變成一個模塊基板,它可以密集地安裝LED和其它元件。它可以迅速地散掉所產(chǎn)生的熱量,又不產(chǎn)生任何障礙層。

　　這一新思路的驗證

　　使用陶瓷的想法最初在好幾個仿真模型中進行了交叉檢查。為了預(yù)測不同設(shè)計的熱性能,發(fā)明了一種基于CFD的方法。此外,還開發(fā)了一個優(yōu)化的4W LED陶瓷散熱器。開發(fā)時考慮到了制造要求。

　　優(yōu)化的幾何布局允許4W LED工作在60℃以下,已經(jīng)通過了物理測試。設(shè)計是一個方形布局(383824毫米),并包含占據(jù)更大空間的更長、更薄鰭。在鋁基板上的相同幾何布局可承受更高的溫度。取決于PCB的熱傳導(dǎo)性(從4W/mK到1.5W/mK),溫度會上升到6至28K之間。

　　目前,在熱點處的6K減少量意味著LED的壓力大幅減輕了。Rubalit組裝的總熱阻至少比鋁要好13%,在相同的布局下。使用Alunit時,CeramCool的最低改善會達到31%。如果有28K的熱降,那么這些扎實的結(jié)果很大程度上是上述兩種陶瓷表現(xiàn)極出的緣故。

　　接下來,我們將討論該思路的靈活性、定制解決方案的仿真模型、現(xiàn)有燈具改造和隔離、以及改善現(xiàn)有LED系統(tǒng)設(shè)計的分裝方法。敬請留意第三部分。

利用全新的陶瓷方法簡化LED散熱設(shè)計(一)

用全新的陶瓷方法來簡化LED散熱設(shè)計(三)