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提高LED的效率和使用寿命 选择散热材料和应用方

开拓职员可以经由过程有效的散热治理来前进LED的效率和应用寿命,但JADE BRIDGES解释说,精心选择散热材料和利用措施至关紧张。

LED行业是成长最快的技巧行业之一。只管LED利用于许多电子设备中已多年,然则迩来更多的大年夜功率LED利用于各类照明、汽车(图1)、招牌和家用电器产品中,数量不菲。基于LED的照明异常靠得住,但靠得住性取决于组件周围优越的散热设计。本文将先容若何仔细选择散热材料以及懂得若何运用这些材料。

图1. 汽车LED大年夜灯利用不仅要求优越的散热,而且要求能同时保护好LED灯。

LED作为卤素灯、白炽灯和荧光灯照明系统的替代品,其照明市场的成长将是很可不雅的。LED的增长归功于LED在适应性、寿命和效率方面优于传统照明形式。LED有更多的设计自由度,供给异常长的应用寿命,并且也相称高效,能将大年夜部分能量转换成光,从而最大年夜限度地削减披发的热量。

孕育发生热量

然而,LED仍旧在半导体结处孕育发生显着的热量。这种热量可对LED孕育发生晦气影响,是以必须进行散热,以确保实现固态照明(SSL)的真正上风。LED平日经由过程色温进行分类,市场上有很多不合颜色的变体。

要是LED的事情温度发生变更,其色温也会发生变更。例如,白光的温度升高,可导致LED发出较暖的CCT。别的,假如在相同阵列中的LED上存在芯片温度的变更,则可能发射必然范围的色温,从而影响终端照明产品的质量和外不雅。

如表1所示,维持LED的精确芯片温度不仅可以延长应用寿命,而且还可以孕育发生更多的光;是以,可以只必要少数量的LED就可以实现期望的效果。事情温度的升高可能会对LED的机能孕育发生负面的影响,但这种影响是可以规复的。然而,假如跨越结温,分外是高于LED(120-150℃)的最高事情温度,则可能会发生弗成规复的影响,导致完全掉效。

表1. 如CREE XLamp LED的特点所示,LED机能随温度的变更而变更。

实际上,事情温度与LED的寿命直接相关;温度越高,LED寿命越短,如图2所示。LED驱动器也是同理,其寿命是由电解电容器的寿命抉择。经由过程谋略,可以确定,事情温度每下降10℃,电容器的寿命增添一倍。是以,确保有效的散热治理可为LED阵列供给同等的质量、外不雅和应用寿命,从而为赓续成长的行业开辟进一步利用的时机。

图2. 曲线记录了Cree XLamp LED在350 mA驱动下的结温与寿命间的关系。

导热缓解

有许多措施来改良LED产品的散热治理,必须选择精确类型的导热材料,以确保实现所需的散热效果。在材料领域,产品范围从供给散热和情况保护的导热封装树脂到用于前进导热效率的导热接口材料。

导热接口材料是设计用于添补器件和散热器之间间隙的化合物,从而低落两者之间界限处的热阻。这种材料会加快热丧掉,低落设备的事情温度。固化产品也可用作粘合材料。实例包括硅氧烷RTV(室温硫化)或环氧化合物。材料的选择平日取决于所需的粘合强度或事情温度范围。

导热的另一个选择是应用导热封装树脂。这些产品设计用于供给对设备的保护,同时还让设备内孕育发生的热量披发到周围情况中。在这种环境下,封装树脂变成散热器,并将热能从设备传导出去。这些产品可用于LED装配上,并且还可以根据所选择的颜色赞助从单元内进行光提取。

封装树脂还包括应用导热填料;然而,可以改变所应用的根基树脂、硬化剂和其它添加剂,以供给广泛的选择,包括环氧树脂、聚氨酯和硅树脂化学品。不合的化学材料将供给一系列的属性,每个都应该斟酌到终极的利用需求。

封装材料选项

例如,聚氨酯材料供给优良的柔韧性,分外是在低温下,相对付环氧树脂类来说是一个主要优点。有机硅树脂也可以在低温下供给这种机动性,并供给优良的高温机能,跨越其他现有的化学因素。有机硅产品平日也更昂贵。

环氧树脂类异常稳固,在各类恶劣情况中供给卓越的保护。它们是具有低热膨胀系数的刚性材料,并且在一些环境下可以在产品中加入必然程度的柔性。封装树脂的加入可以为各类利用孕育发生大年夜量的具有定制机能的产品;是以,建议与相关材料供应商具体评论争论利用。

利用属性

不管选择的散热产品的类型若何,还有一些关键属性也必须斟酌。这些可所以相称简单的参数,例如设备的操作温度、电气要求或其他限定前提,如粘度、固化光阴等。

其他参数对付设备来说更为紧张,而仅仅一个数值可能不够以选定精确的产品。 热导率是一个主要的例子。热导率单位为瓦/米·度(W/m·K),代表材料的热传导能力。聚积导热率值建立在大年夜多半产品数据表上,可以很好地反应预期的热传导水平,从而可以对照不合的材料。

然则,只依附聚积导热率值不必然会有最有效的热通报。

热阻的单位是K·m2 /W,是热导率的倒数,它斟酌了界面厚度。只管度量标准取决于打仗面和施加的压力,然则可以遵照一些一样平常规则来确保热阻值最小,从而将传热效率最大年夜化。

例如,比拟在界面处应用的传热化合物,金属散热用具有更高的热导率,以是只必要应用薄薄的一层该化合物。在这种环境下,增添厚度只会增添热阻。应用图3中的公式,就可以对照出应用50 μm的热胶和0.5毫米厚度的导热垫孕育发生的热阻差异。是以,较低的界面厚度和较高的热导率可以最大年夜程度地改良热通报。

图3. 懂得热阻公式是选择最佳热材料时所必需的。

利用措施

我们在产品选择中必要斟酌另一个紧张身分 - 散热治理材料的利用。 无论是封装化合物照样界面材料,导热介质中的任何间隙都邑导致散热速度的低落。

对付导热封装树脂来说,成功的关键是确保树脂可以在单元周围流动,包括进入任何小间隙。这种平均的流动有助于去除任何气隙,并确保在全部单元中不孕育发生热量。为了实现这种利用,树脂必要精确的导热性和粘度。平日,跟着树脂的导热性增添,粘度也增添。

对付界面材料来说,产品的粘度或利用时可能的最小厚度对热阻有很大年夜的影响。是以,与具有较低聚积导热率、较低粘度的产品比拟,高导热性、高粘度的化合物虽然不能平均地扩散到外面上,然则具有较高的耐热性和较低的散热效率值。为了将传热效率最大年夜化,用户必要办理聚积导热率、打仗电阻、利用厚度和工艺。

表2凸起了必要斟酌这些要求。经由过程丈量应用中的发烧装配的温度,对照散热的潜在差异。这些结果是基于一名终端用户的事情得出的,其所有产品都是热界面材料,应用相同厚度,应用相同的措施。

表2. 如Cree XLamp LED所示,导热接口材料特点直接影响LED器件的温度。

从表中可以清楚地看出,较高体积热导率12.5 W/m·K与较低的1.4 W/m·K比拟,不必然会有更有效的散热。这个缘故原由可能是加工措施不得当该产品、该产品不易于利用、或者该产品不是为该特定利用设计的。无论什么缘故原由,它突显了产品利用和产品选择的紧张性;经由过程找到这两个参数的精确平衡,可以实现最大年夜的传热效率。

回首图2“LED机能与寿命”中的原始数据,并以上述结果为例,可以得出结论:散热治理材料的应用和精确选择很紧张。举表2中的产品#2。在测试利用法度榜样中,将事情温度低落了20%。假如对所评论争论的LED实现类似的低落百分比,则经由过程将事情温度从85℃低落至68℃,效率可以大年夜大年夜前进,类似地,寿命从95000小时前进到12万小时。这是一个很大年夜的改进。

然而,当您将把上面的环境与表2中的产品#4进行对照时,经由过程低落更多的事情温度,可以将效率前进大年夜于3%,寿命从95000小时增添到14万小时。是以,经由过程选择精确的产品并应用最佳工艺,用产品#4代替产品#2时,寿命可以进一步前进15-20%。

跟着电子工业的迅速成长,更详细地说在LED利用中,材料技巧也必须满意越来越高的散热要求。该技巧现在也被转移到封装化合物中,为产品供给更高的填料负载,从而前进导热性以及改良流动性。

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