近年來(lái),隨著(zhù)電子產(chǎn)品的高密度、高集成度,熱解決方案的重要性越來(lái)越高,LED照明也不例外,也需要熱解決方案。 雖然白熾燈和螢光燈的能量損失大,但是大部分能量都是通過(guò)紅外線(xiàn)直接放射出去,光源的發(fā)熱少;而LED,除了作為可視光消耗的能量,其他能量都轉換成了熱。另外,由于LED封裝面積小,通過(guò)對流和輻射的散熱少,從而積累了大量的熱。
熱解決方案是?
接下來(lái)來(lái)考慮怎么制定熱解決方案。熱解決方案簡(jiǎn)單的說(shuō)就是解決因為熱產(chǎn)生的各種問(wèn)題。主要有：
1. 因為熱膨脹導致彎曲和龜裂
2. 電子電路的運行障礙
3. 材料品質(zhì)惡化
除此之外,也會(huì )擔心如果發(fā)熱會(huì )不會(huì )損壞設備?為了避免這些問(wèn)題,要盡量控制電子設備的溫度,也就是說(shuō)有效散熱很重要,重點(diǎn)是考慮機器的使用環(huán)境和安裝方法制定最佳的熱解決方案。 下面列舉了由熱導致的問(wèn)題。后半部分以L(fǎng)ED燈 為例,就LED相關(guān)的解決方案進(jìn)行解說(shuō)。
由熱導致的問(wèn)題
1.因為熱膨脹導致彎曲和龜裂
電子設備由多個(gè)零件構成,每個(gè)零件的材質(zhì)都不一樣,熱脹冷縮的尺度也不一樣。因此, 當各種材質(zhì)組合在一起的時(shí)候就有可能使材質(zhì)發(fā)生彎曲,膨脹時(shí),產(chǎn)品在連接處因為應力過(guò)多就會(huì )產(chǎn)生龜裂。
2.電子電路的運行障礙
一般來(lái)說(shuō),作為熱源的半導體 元件 ,有這樣一個(gè)特性,即當電子設備中的半導體元件溫度上升,電的阻抗就會(huì )變小。這樣就容易陷入“溫度上升-阻抗下降-電流增加-熱增加-溫度上升”的惡性循環(huán),進(jìn)而容易發(fā)生燒斷的現象。
3.材料品質(zhì)的惡化
一般說(shuō)來(lái),電子設備中使用的材料容易氧化,溫度越高氧化越快,如果讓這些材料反復經(jīng)過(guò)高溫氧化,就會(huì )縮短其壽命。同時(shí),反復加熱,材料多次膨脹,多次冷縮,會(huì )降低材料的強度,從而破壞了材料。
LED的熱解決方案
下面以L(fǎng)ED燈為例,具體討論LED的熱解決方案。
要避免電子設備的發(fā)熱有多種方法。比如,加散熱器,在熱源周?chē)仓媚芴峁├錃獾娘L(fēng)扇。前者是通過(guò)增加散熱面積,來(lái)增加散熱的通道,后者是使熱不在熱源周?chē)奂?但是,正如圖1 LED燈的概括圖所示,LED封裝時(shí)不能直接連接散熱器,也沒(méi)有安裝風(fēng)扇的位置。而且內部電源電路 板也會(huì )產(chǎn)生熱量,因此LED燈的散熱問(wèn)題可以說(shuō)是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。這樣,如何有效使用LED安裝材質(zhì)和散熱器就變得很重要。
那么如何有效利用LED安裝材質(zhì)和散熱器呢?首先必須把握產(chǎn)生熱的傳熱路徑。
LED元件產(chǎn)生的熱通過(guò)封裝的導線(xiàn)向電路板移動(dòng) ,然后再通過(guò)散熱器放熱。電源電路板產(chǎn)生的熱也是如此,通過(guò)電路板周?chē)目諝夂吞畛洳馁|(zhì),透過(guò)散熱器向外部散熱。
熱解決方案中重要的是排除傳熱路徑中阻礙傳熱的因素,比如可以考慮在傳熱路徑中使用導熱性能好的材質(zhì)、擴大路徑的斷面面積(例如,粗的銅線(xiàn)比細的銅線(xiàn)更容易導熱)、涂導熱潤滑劑使產(chǎn)品的連接部位不留空隙。
另外,即使通過(guò)這些提高了導熱特性,但如果散熱器不向外部散熱,內部還是會(huì )聚集很多熱。因此也必須提高散熱器表面的放熱特性。典型的方法就是在表面多安裝幾個(gè)散熱片,擴大散熱器的放熱面積。
