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LED散热技术及散热材料

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散热是影响LED灯具照明强度的一个主要因素。散热片能解决低照明度LED灯具的散热问题。一个散热片是无法解决75W或者100W LED灯具的散热问题的。

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。今天我们主要介绍被动散热方式及散热材料。

材质的选择

热传导系数 (单位: W/mK)

  银 429

  铜 401

  金 317

  铝 237

  铁 80

  铅 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

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Fin,Pin-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AL6063,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( Extrusion )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。

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。


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