LED的散熱
摘要: LED的散熱現在越來越為人們所重視,這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關,散熱不好結溫就高,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導熱膠和導熱雙面膠帶
鋁基板雖然已經解決了從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,這個鋁板往往還不是最終的散熱器,通常還要把這個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的方法連接到散熱器。但是這種方法往往會形成空氣隙,而很小的空氣隙產生的熱阻會比其他熱阻大幾十倍。因為空氣的導熱系數為0.023W/m·k。所以必須涂上導熱膠來填充空隙。一般的導熱硅膠的導熱系數大約在1-2W/m·k。
但是導熱膠必須要流動性好,不然的話由于涂抹不均勻仍然會產生氣隙,可能比不用還壞。導熱膠的另一個缺點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黏結性而又導熱的雙面膠片。這種導熱膠片是使用丙烯系列材料制造出來帶有粘性的熱傳導片,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。導熱硅膠片的導熱系數通常在2-3W/m·k之間。它的抗拉強度可達8kg/cm2。足以黏結鋁基板和鋁散熱器。耐壓可達4KV/mm。
4.3柔性印制板
從鋁基板的構造人們一定會產生這樣的疑問,為什么印制電路要先粘到一個薄鋁板上而不是直接粘到散熱器上?這樣還可以省去鉆孔、涂導熱膠、擰螺釘等工序,而且還可以省掉導熱膠的熱阻。主要原因是散熱器的形狀一般不是簡單的平面,要熱壓黏結比較困難,而且散熱器是由燈具廠設計制造的,而鋁基板則是由印制板廠制造的。解決這個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。可是一般的散熱器都是鋁合金制成的,是無法焊接的。如果采用銅散熱器當然可以解決這個問題,但是無論是價錢和重量都是無法接受的。一個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行焊接。這種方法可以免除掉鋁基板的熱阻和導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.熱管導熱
在很多場合需要把LED所產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,因為它的熱量很大(功率可達50W-100W)又很集中(有時只有30mm),這時候就必須采用熱管散熱。
熱管也稱為相變導熱器,因為在其中的液體從液相變為氣相而導熱。它的熱阻非常小,大約只有0.065°C/W。
圖7. 熱管導熱原理
其內壁采用銅粉燒結,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端,而并沒有把熱量散發到空氣中去。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合部一定要互相緊密地接觸并防止由于熱膨脹系數的不同而脫開。在其結合部要采用高質量的導熱硅膠涂敷。
導熱效果更好的是回路熱管
圖8. 回路熱管
回路熱管的最大優點就是它的不需要外加動力裝置就可以循環導熱、導熱距離長,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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