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2017三德士照明LED散热技 术之散热方式及散热材料

2017-4-1 10:21:56 点击:

三德士照明LED散热技 术之散热方式及散热材料

       散热是影响LED灯具照 明强度的一个主要因素。LED灯具比 传统的白炽灯能效高80%,但是其LED组件和 驱动器电路散热量很大。如果这 些热量没有适当的排放出去,LED灯具的 发光度和寿命将会急剧下降。 

      三德士工程团队认为散热片 能解决低照明度LED灯具的散热问题。灯具厂商能生产40W LED替代灯以及60W LED替代灯。高照明度LED灯具就 会遇到散热问题。工程断定一个散 热片是无法解决75W或者100W LED灯具的散热问题的。 

  对高亮 度灯泡的需求显而易见,75W100W灯泡占 据了照明市场很大份额。市场都渴望利用LED灯具固 有的节能和维修优势。2007年的美 国能源独立和安全法案要求从2012年起使 用更高效率的照明灯具。这些新 要求促使消费者们寻找照明质量好、寿命高 并且照明度强的灯具来替代现有的白炽灯。 

      为了达 到理想的照明强度,三德士照明科技必须使 用主动冷却技术来解决LED 灯具组件释放的热量。一些主 动冷却解决方案例如风扇的寿命没有LED灯具高。为了给高亮度LED灯具提 供一个实用的主动冷却解决方案,散热技 术必须是低能耗的;并且能 适用于小型灯具;其寿命 要与灯源相似或高于灯源。   散热方式一般说来,依照从 散热器带走热量的方式,可以将 散热器分为主动式散热和被动式散热。所谓的被动式散热,是指通 过散热片将热源LED光源热 量自然散发到空气中,其散热 的效果与散热片大小成正比,但因为 是自然散发热量,效果当然大打折扣,常常用 在那些对空间没有要求的设备中,或者用 于为发热量不大的部件散热,如部分 普及型主板在北桥上也采取被动式散热,绝大多 数采取主动式散热式,主动式 散热就是通过风扇等散热设备强迫性地将散热片发出的热量带走,其特点是散热效率高,而且设备体积小。

 

      三德士照明科技主动式散热方法,从散热方式上细分,可以分为风冷散热、液冷散热、热管散热、半导体制冷、化学制冷等等, 以下作 一一详细的的介绍:

风冷散 热是三德士照明产品最常见的散热方式,相比较而言,也是较廉价的方式。风冷散 热从实质上讲就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低,安装方便等优点。但对环境依赖比较高,例如气 温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。    

液冷散 热是通过液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量,与风冷相比,具有安静、降温稳定、对环境 依赖小等等优点。液冷的价格相对较高,而且安 装也相对麻烦一些。同时安 装时尽量按照说明书指导的方法安装才能获得最佳的散热效果。出于成 本及易用性的考虑,液冷散 热通常采用水做为导热液体,因此液 冷散热器也常常被称为水冷散热器。   

      热管属 于一种传热元件,它充分 利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,通过在 全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量,具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两 侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制 温度等一系列优点,并且由 热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。其导热 能力已远远超过任何已知金属的导热能力。   

       半导体 制冷就是利用一种特制的半导体制冷片在通电时产生温差来制冷,只要高 温端的热量能有效的散发掉,则低温 端就不断的被冷却。在每个 半导体颗粒上都产生温差,一个制 冷片由几十个这样的颗粒串联而成,从而在 制冷片的两个表面形成一个温差。利用这种温差现象,配合风冷/水冷对 高温端进行降温,能得到 优秀的散热效果。半导体 制冷具有制冷温度低、可靠性高等优点,冷面温 度可以达到零下10℃以下,但是成本太高,而且可 能会因温度过低导致造成短路,而且现 在半导体制冷片的工艺也不成熟,不够实用。   

      化学制冷,就是使 用一些超低温化学物质,利用它 们在融化的时候吸收大量的热量来降低温度。这方面 以使用干冰和液氮较为常见。比如使 用干冰可以将温度降低到零下20℃以下,当然由 于价格昂贵和持续时间太短,这个方 法多见于实验室或极端的超频爱好者。   

   材质的选择 

  热传导系数 (单位: W/mK)    429    401    317    237    80    34.8 

  1070 型铝合金 226   1050型铝合金 209   6063 型铝合金 201   6061型铝合金 155 

  一般说来,普通风 冷散热器自然要选择金属作为散热器的材料。对所选用的材料,希望其 同时具有高比热和高热传导系数,从上可以看出,银和铜 是最好的导热材料,其次是金和铝。但是金、银太过昂贵,所以,目前散 热片主要由铝和铜制成。相比较而言,铜和铝 合金二者同时各有其优缺点:铜的导热性好,但价格较贵,加工难度较高,重量过大,且铜制 散热器热容量较小,而且容易氧化。另一方面纯铝太软,不能直接使用,都是使 用的铝合金才能提供足够的硬度,铝合金 的优点是价格低廉,重量轻,但导热 性比铜就要差很多。所以在 散热器的发展史上也出现了以下几种材质的产品:  

  纯铝散热器 

    纯铝散 热器是早期最为常见的散热器,其制造工艺简单,成本低,到目前为止,纯铝散 热器仍然占据着相当一部分市场。为增加 其鳍片的散热面积,纯铝散 热器最常用的加工手段是铝挤压技术,而评价 一款纯铝散热器的主要指标是散热器底座的厚度和Pin-Fin 比。Pin是指散 热片的鳍片的高度,Fin 是指相 邻的两枚鳍片之间的距离。Pin-Fin 比是用Pin 的高度(不含底座厚度)除以FinPin-Fin 比越大 意味着散热器的有效散热面积越大,代表铝 挤压技术越先进。   

纯铜散热器 

  铜的热 传导系数是铝的1.69 倍,所以在 其他条件相同的前提下,纯铜散 热器能够更快地将热量从热源中带走。不过铜 的质地是个问题,很多标 榜纯铜散热器其实并非是真正的100%的铜。在铜的列表中,含铜量超过99%的被称为无酸素铜,下一个 档次的铜为含铜量为85%以下的丹铜。目前市 场上大多数的纯铜散热器的含铜量都在介于两者之间。而一些 劣质纯铜散热器的含铜量甚至连85%都不到,虽然成本很低,但其热 传导能力大大降低,影响了散热性。此外,铜也有明显的缺点,成本高,加工难,散热器 质量太大都阻碍了全铜散热片的应用。红铜的 硬度不如铝合金某些机械加工(如剖沟等)性能不如铝;铜的熔点比铝高很多,不利于 挤压成形等等问题。   

铜铝结合技术 

  在考虑 了铜和铝这两种材质各自的缺点后,目前市 场部分高端散热器往往采用铜铝结合

制造工艺,这些散 热片通常都采用铜金属底座,而散热 鳍片则采用铝合金,当然,除了铜底,也有散 热片使用铜柱等方法,也是相同的原理。凭借较高的导热系数,铜制底 面可以快速吸收CPU释放的热量;铝制鳍 片可以借助复杂的工艺手段制成最有利于散热的形状,并提供 较大的储热空间并快速释放,这在各 方面找到了的一个均衡点。  三德士 照明工程要重点说明 要提升LED发光效率与使用寿命,解决LED产品散 热问题即为现阶段最重要的课题之 一,LED产业的 发展亦是以高功率、高亮度、小尺寸LED产品为其发展重点,因此,提供具 有其高散热性,精密尺寸的散热基板,也成为未来在LED散热基板发展的趋势。现阶段以氮 化铝基 板取代氧化铝基板,或是以 共晶或覆晶制程取代打金线的晶粒/基板结合方式来达到 提升LED发光效率为开发主流。在此发展趋势下,对散热 基板本身的线路对位精确度要求极 为严苛,且需具有高散热性、小尺寸、金属线 路附着性佳等特色,因此,利用黄光微影制 作薄膜陶瓷散热基板,将成为促进LED不断往 高功率提升的重要触媒之一。三德士 照明科技有限公司珠宝灯系列都是采用了超长散热器,加强了空气对流,有效快 速的散热的从而保障了产品的超长寿命。要需要 了解咨询的请联系。

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