첨단 시설 효율적인 생산초기 단일 칩 LED는 그다지 강력하지 않았고 발열량이 적 었으며 열 문제가 거의 없었으므로 패키지는 비교적 간단했습니다. 그러나 최근 LED 재료 기술의 지속적인 발전으로 LED의 패키징 기술 또한 변했습니다. 초기의 단일 칩 건 타입 패키지에서 점차 평평하고 대 면적의 멀티 칩 패키지 모듈로 발전했다. 동작 전류는 20mA 초기부터이다. 왼쪽과 오른쪽의 저전력 LED는 현재 고전력 LED의 약 1/3에서 1A로 진행되었습니다. 단일 LED의 입력 전력은 1W 이상으로 높으며, 3W 및 5W 패키지 모드조차도 진화하고 있습니다.
고휘도 및 고출력 LED 시스템으로 인한 열 문제가 제품의 기능에 영향을 미치는 핵심 요소이므로 LED 구성 요소에서 발생하는 열을 주변 환경으로 빠르게 방출하려면 LED로 시작해야합니다. 패키지 레벨의 열 관리 (L1 및 L2). 현재, 히트 스프레더상의 LED 칩을 솔더 또는 열 페이스트로 납땜함으로써 열 확산기를 통해 패키지 모듈의 열 임피던스를 감소시키는 것이 관례이다.
미니 프로젝터, 자동차 및 조명 소스와 같은 많은 터미널 어플리케이션은 주어진 영역에 대해 1000 루멘 또는 수만 루멘 이상을 필요로합니다. 단일 칩 패키지 모듈은 분명히 부적절합니다. 멀티 칩 LED 패키지로 이동하여 칩을 기판에 직접 본딩하는 것은 향후 발전 추세이다.
열 방출 문제는 조명 객체 용 LED의 개발에서 주요 장애물이다. 세라믹 또는 히트 파이프의 사용은 과열을 방지하는 효과적인 방법입니다. 그러나 열 관리 솔루션은 재료 비용을 증가시킵니다. 고출력 LED 열 관리 설계의 목적은 R junction-to-case를 효과적으로 줄이는 것입니다. 칩으로부터의 열 방출을 제공하여 열 저항은 적지 만 전도율은 높아지기 때문에 열을 직접 전송할 수있는 재료 기반 솔루션 중 하나입니다 다이 부착 또는 열간 금속 방법을 통해 칩으로부터. 패키지 하우징의 바깥 쪽.
물론 LED의 열 발산 구성 요소는 CPU의 열 발산과 유사합니다. 주로 히트 싱크, 히트 파이프, 팬 및 열 인터페이스 재료로 구성된 공냉식 모듈입니다. 물론 수냉도 열적 대책 중 하나입니다. 현재 가장 인기있는 대형 LED TV 백라이트 모듈에서 40 인치 및 46 인치 LED 백라이트는 각각 470W 및 550W의 입력 전력을 가지며 그 중 80 %가 열로 변환되고 필요한 열 방출은 약 360W 및 440W입니다 그 쯤.
그러면 어떻게이 열을 없앨까요? 현재 산업에서 냉각을위한 수냉식 방법이 있지만 높은 단가와 신뢰성에 대해서는 의구심이 있습니다. 냉각을 위해 히트 싱크와 팬이있는 히트 파이프를 사용하는 것도 유용합니다.
방열 방식
일반적으로 방열판은 열이 방열판에서 제거되는 방식에 따라 능동 방열판과 수동 방열판으로 나눌 수 있습니다. 소위 수동형 방열은 열원 LED 광원의 열이 자연히 방열판을 통해 공기 중으로 방출되고 방열 효과가 방열판의 크기에 비례 함을 의미하지만 자연 열 소산은 효과가 물론 크게 감소하고, 그 공간 공간에서 자주 사용됩니다. 필요하지 않은 장비 또는 발열량이 적은 부품의 발열에 사용됩니다. 예를 들어, 일부 인기있는 마더 보드는 수동적 인 방열을 북쪽 다리에서 채택합니다. 그들 중 대부분은 능동적 인 방열을 채택합니다. 능동 열 분산은 팬과 같은 방열판에 의해 강제됩니다. 히트 싱크에서 방출되는 열은 제거되어 높은 방열 효율과 장치의 작은 크기가 특징입니다.
열 발산 방식에서 세분화 된 능동 열 분산은 공기 냉각, 액체 냉각, 열 파이프 냉각, 반도체 냉각, 화학 냉동 등으로 나눌 수 있습니다.
공랭식 공랭식 열은 가장 일반적인 형태의 열 방출이며, 비교하면 더 저렴한 방법입니다. 공기 냉각은 기본적으로 방열판에 흡수 된 열을 제거하는 팬입니다. 그것은 상대적으로 저렴한 가격과 편리한 설치의 장점이 있습니다. 그러나 온도 상승 및 과열 성능과 같은 환경에 크게 좌우됩니다.
액체 냉각
액체 냉각 열은 펌프의 구동에 의해 펌프에 의해 라디에이터의 열을 순환하도록 강제된다. 공기 냉각과 비교하여, 그것은 조용함, 안정된 온도 안정성 및 환경에 대한 낮은 의존성의 장점을 가지고 있습니다. 액체 냉각의 가격은 상대적으로 높기 때문에 설치가 상대적으로 번거 롭습니다. 동시에 지침의 지침에 따라 가능한 한 많이 설치하여 열 방출을 극대화하십시오. 비용 및 사용 편의성 때문에 액체 냉각 방열은 일반적으로 열 전달 액체로 물을 사용하므로 액체 냉각 방열판을 수냉 방열판이라고합니다.
히트 파이프
히트 파이프는 열전도 원리와 냉매의 빠른 열전달 특성을 충분히 활용하고 완전 밀폐형 진공관에서 액체의 증발 및 응축에 의해 열을 전달하는 열 전달 요소에 속하며 매우 높습니다 열전도 도와 좋은 등온 온도. 고온 측 및 저온 측의 양측의 전열 면적을 임의로 변경할 수 있고, 열전달을 장거리로 할 수 있고, 온도 제어가 가능하며, 열 파이프로 구성된 열교환 기는 높은 열전달 효율 , 조밀 한 구조, 작은 유동성 저항, 등등 이점. 열전도도는 알려진 금속의 열전도도를 훨씬 초과합니다.
반도체 냉동
반도체 냉각은 통전시 냉각을위한 온도차를 생성하기 위해 특수 반도체 냉각 칩을 사용합니다. 고온 단부의 열이 효과적으로 소산 될 수있는 한, 저온 단부는 연속적으로 냉각된다. 각각의 반도체 입자에는 온도차가 발생하고, 수십개의 입자를 직렬로 연결하여 냉매 시트의 양면에 온도차를 형성하여 냉각 시트를 형성한다. 이 온도차 현상을 이용함으로써, 고온 단을 냉각 시키는데 공랭 / 수냉을 이용할 수있어, 우수한 방열 효과를 얻을 수있다. 반도체 냉동은 낮은 냉동 온도와 높은 신뢰성의 장점을 가지고 있습니다. 차가운 표면 온도는 10 ° C 이하가 될 수 있지만 비용이 너무 높고 저온으로 인해 단락 될 수 있습니다. 이제 반도체 냉각 필름의 공정은 충분히 성숙하지 못했습니다. 실용적인.
화학 냉동
이른바 화학 냉동이란 온도를 낮추기 위해 용융 중에 많은 양의 열을 흡수하는 초저온 화학 물질을 사용하는 것입니다. 이와 관련하여 드라이 아이스와 액체 질소를 사용하는 것이 더 일반적입니다. 예를 들어, 드라이 아이스를 사용하면 온도를 영하 20 ℃ 이하로 낮출 수 있으며, 더 많은 "음란"선수는 액체 질소를 사용하여 높은 가격 때문에 (이론상) 영하 100 ℃ 이하로 CPU 온도를 낮출 수 있습니다 이 방법은 실험실 또는 극단적 인 오버 클러킹 애호가에게 더 일반적입니다.
재료 선택
열 전달 계수 (단위 : W / mK)
실버 429
구리 401
골드 317
알루미늄 237
아이언 80
리드 34.8
1070 알루미늄 합금 226
1050 알루미늄 합금 209
6063 형 알루미늄 합금 201
6061 형 알루미늄 합금 155
일반적으로 일반 공냉식 라디에이터는 자연스럽게 라디에이터의 재질로 금속을 선택합니다. 선택된 재료에 대해, 높은 비열 및 높은 열 전도성을 갖는 것이 바람직하다. 위에서부터은과 구리가 가장 좋은 열 재료이며, 그 다음으로 금과 알루미늄이 뒤 따른다. 그러나 금과 은이 너무 비싸서 현재의 방열판은 주로 알루미늄과 구리로 만들어져 있습니다. 비교해 보면 구리와 알루미늄 합금은 장점과 단점이 있습니다 : 구리는 열전도도가 좋지만 가격이 비싸고 가공이 어렵고 무게가 너무 크며 구리 히트 싱크의 열용량이 작습니다 , 산화하기 쉽다. . 반면에, 순수한 알루미늄은 너무 부드럽기 때문에 직접적으로 사용될 수 없습니다. 사용 된 알루미늄 합금은 충분한 경도를 제공 할 수 있습니다. 알루미늄 합금의 장점은 값 싸고 가볍다는 것입니다. 그러나 열전도도는 구리보다 훨씬 나쁩니다. 따라서, 라디에이터 개발의 역사에서 다음과 같은 재료가 등장했습니다 :
순수 알루미늄 라디에이터
순수한 알루미늄 라디에이터는 초기에 가장 보편적 인 라디에이터입니다. 제조 공정이 간단하고 비용이 적습니다. 지금까지 순수한 알루미늄 라디에이터는 여전히 시장에서 상당한 부분을 차지하고 있습니다. 핀의 방열 면적을 늘리기 위해 순수 알루미늄 라디에이터의 가장 일반적인 가공 방법은 알루미늄 압출 기술이며, 순수 알루미늄 라디에이터를 평가하는 주요 지표는 라디에이터베이스의 두께와 핀 - 핀 비율입니다. 핀은 방열판의 핀 높이를 나타내며, 핀은 인접한 두 핀 사이의 거리를 나타냅니다. 핀 - 핀 비율은 핀의 높이 (기부의 두께 제외)를 핀으로 나눈 것입니다. 핀 - 핀 비율이 클수록 방열판의 유효 방열 면적이 커짐을 의미합니다. 이는 알루미늄 압출 기술이 더 발전된 것을 의미합니다.
순수 구리 라디에이터
구리는 알루미늄의 열 전달 계수가 1.69 배이므로 순수 구리 히트 싱크는 열원에서 더 빨리 열을 제거 할 수 있으며 다른 모든 요소는 동일합니다. 그러나 구리의 질감이 문제입니다. "순수 구리 라디에이터"의 대부분은 실제로 100 % 구리가 아닙니다. 구리 목록에서 99 % 이상을 포함하는 구리는 무산소 구리라고하며 구리의 다음 등급은 85 % 미만의 구리를 함유 한 구리입니다. 오늘날 시장에 나와있는 가장 순수한 구리 방열판의 구리 함량은 그 중간에 있습니다. 일부 열등한 순동 라디에이터는 85 %의 구리도 포함하지 않습니다. 비용은 매우 낮지 만 열전달 용량이 크게 감소하여 열 발산에 영향을 미칩니다. 또한 구리에는 명백한 단점, 높은 비용, 어려운 가공 및 너무 큰 방열판이있어 모든 구리 방열판의 적용을 방해합니다. 적색 구리의 경도는 알루미늄 합금 AL6063의 경도보다 좋지 않습니다. 홈 가공과 같은 기계 가공은 알루미늄만큼 좋지 않습니다. 구리는 알루미늄보다 훨씬 높은 융점을 가지므로 압출 및 기타 문제를 일으키지 않습니다.
구리 - 알루미늄 본딩 기술
구리와 알루미늄의 두 가지 단점을 고려한 후 시중의 일부 고급형 방열판은 종종 구리와 알루미늄의 조합을 사용합니다. 이러한 히트 싱크는 일반적으로 구리 금속베이스를 사용하는 반면 히트 싱크 핀은 알루미늄 합금을 사용합니다. 구리베이스 외에도 같은 원리 인 방열판에 구리 포스트를 사용하는 것과 같은 방법이 있습니다. 열 전도율이 높으면 구리 바닥이 CPU가 방출하는 열을 빠르게 흡수 할 수 있습니다. 알루미늄 핀을 복잡한 공정에 의해 방열에 가장 적합한 형상으로 만들 수 있고, 큰 축열 공간 및 신속한 방출을 제공 할 수있다. 균형점은 모든면에서 발견되었습니다.
LED 발광 효율 및 수명을 개선하기 위해 LED 제품의 열 방출 문제를 해결하는 것이이 단계에서 가장 중요한 문제 중 하나입니다. LED 산업의 발전은 또한 고전력, 고휘도 및 소형 LED 제품 개발에 중점을두고 있습니다. 높은 열 발산 및 정확한 크기를 갖는 열 발산 기판은 또한 LED 열 발산 기판의 향후 개발 경향이되었다. 현재, 알루미늄 산화물 기판은 질화 알루미늄 기판으로 대체되거나 공융 또는 플립 칩 공정에 의한 금 와이어를 대체하는 다이 / 기판 결합 방법은 LED의 발광 효율을 향상 시키는데 사용된다. 이러한 발전 추세 하에서, 방열 기판 자체의 정렬 정확도는 매우 엄격하며, 높은 방열, 소형 및 금속 라인의 우수한 접착 성이 요구된다. 따라서 박막 세라믹 열 발산 기판은 옐로우 라이트 마이크로 섀도우를 사용하여 생산됩니다. LED의 지속적인 고출력을 촉진시키는 중요한 촉매 중 하나가 될 것입니다.