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众多LED导热方案争秀SIL

加入时间:2013-4-22 录入:admin

热,一直是固态照明(SSL)产品可靠性大敌。LED冷却不仅为了长寿命,而且为了确保SSL光源和灯具能在产品的寿命期内提供稳定的光输出和颜色。SSL产品中的热管理涉及到多种因素,从基本的散热器到导热材料、导热电路板、主动式散热器,以及其他技术、材料和产品。为了解热设计的不同方法,我们调查了最近在照明方案(Strategies in Light,SIL)展会上亮相的散热产品。

Protechnic风扇和散热器 LED灯风扇和散热器
散热器是用于将LED发热结点处热量导走的最基本器件。通常散热器由鳍片或指状物组成,以方便空气流动带走热量。Protechnic制造出用于SSL产品的定制尺寸风扇,配合散热器使用以加快空气流动,提高LED导热量。这样,LED可以用更高的电流工作以产生更高亮度,或者可以大大缩小散热器的体积。图中照片显示Protechnic风扇安装在LED光引擎背后的散热器后面。
(参见主动式散热LED射灯产品:30W主动冷却式LED射灯60W主动冷却式LED射灯

LED导热材料RTP导热化合物
材料科学不断取得的进展也是LED照明领域的重要促进因素。比如RTP公司推出的导热塑料化合物,或者叫热塑性塑料,可以模压成各种形状,专门用于改造灯具等SSL产品的优化。事实上,导热材料既可以成为SSL产品的一部分,也可以作为产品外形或壳体的一部分,提供散热面积和热量散发的优势。如图照片中显示RTP热塑性塑料被模压成灯具的外部结构(黑色材料),成为热管理系统的一个组成部分。


Thermo Cool热管LED散热器和热管
提高散热器效果有很多方法,最近兴起的一种方法就是使用热管。热管利用热传导结合蒸发的原理。热管内部的液体通过蒸发吸收LED的热量,随着气体冷却,又凝结成液体并返回热源参与循环。Thermo Cool公司设计的散热器热管(如图所示)可以冷却200W LED光引擎。该公司提供多种服务,包括SSL产品的热分析,以及为此类产品的散热系统提供定制设计和制造。
(参见带热管LED工矿灯系列:150W LED投光灯300W LED工矿灯) 


LED导热材料Cool Polymers 导热聚合物
Cool Polymers是一家提供颗粒状聚合物的材料公司,材料具有良好的导热性能,其中E系列还能导电,D系列则为电绝缘体。SSL制造商可将该聚合物模压成型,应用于改造照明和灯具中。E系列材料的导热率在4-20 W/mK(瓦每米开氏度)之间,D系列则为2-6 W/mK。 Cool Polymer表示这些材料的重量相对于同等用途的铝合金可降低50%重量。


Sinkpad印刷电路板技术LED导热电路板
LED通常安装在金属基体的印刷电路板(PCB)上,金属层帮助对LED进行散热。当然,LED触点需要通过介电层与金属基体隔离,因为用作基体材料的铜或铝会将LED短路。这个介电层限制PCB的导热率。 Sinkpad对这种限制的解决方案是在每个LED部分的下面形成一个导热垫,该导热垫通过介电层直接连接到金属基体。该公司录得使用Sinkpad PCB上工作的LED比其他金属基体PCB温度可低20摄氏度。如图照片所示为多个供应商流行LED所用的星形PCB。


LED导热封装剂Lord导热硅封装剂
这种材料是用于SSL产品设计中封装器件用的配方。封装可提高产品的可靠性,尤其是在LED驱动电源电子方面。但是,这些电子器件同样会发热,需要与邻近的LED一起将热量散发出去。
Lord生产多种导热膏、粘合剂和封装剂可在SSL产品设计中使用。图中所示的驱动电源电子器件使用热固性导热硅封装剂进行封装。


Graftech International柔性石墨散热器LED石墨散热器
Graftech转向石墨材料研究,开发出柔性eGraf Spreadershield,可均匀地在两个维度散热。该公司表示,这种材料的平面导热率可达1500 W/mK,可比铝或铜的重量轻30%至80%。这种在平面内散热的特性可提高材料背后散热器的效率。而且,这种材料可灵活成型以方便灯具设计中使用。如图所示为Phoster Industries 制造的EyeLED筒灯,其中LED光引擎下面使用Spreadeshield材料。


LED主动式散热器Nuventix主动喷气式LED冷却器
为提高散热器效率或降低散热器体积而增加空气流速,风扇并非唯一的选择。Nuventix的Synjet 技术则通过振动膜片来形成空气喷射。公司表示这项技术比传统的风扇更加可靠、更加安静,而且由于喷气的速度矢量原因,散热效果更佳。在SIL上,Nuventix 宣布推出其R150-170系列产品(如图),专门设计用于高棚灯照明中,能够对20000流明的光引擎进行冷却。


Cooliance锻造散热器和主动冷却器LED锻造散热器与主动式散热器
Cooliance认为在散热器设计方面,圆形或其他非线性的形状更适用于LED应用。该公司开发出制作此类结构的锻造工艺,并提供5-100mm范围的定制尺寸。公司将这些散热器与主动式散热器合并成Coolstrate产品系列。Cooliance表示风扇可通过LED驱动电源供电,无可闻噪声,运行寿命可达50,000小时。


主动式LED冷却器EBM-Papst 主动式LED冷却器
EBM-Papst是风扇和鼓风机专家,现在开发专门用于LED照明领域的产品。该公司开始提供将风扇与散热器组合起来的模块。在技术上,公司关注于通过空气动力学来提高风扇效率,同时还有最近推出的名为AxiTop的技术,该技术使用扩散器来回收风扇排气时浪费的能量。


Heraeus 厚膜导热材料 LED导热厚膜材料
Heraeus不采用金属基板的PCB,而是通过Celcion厚膜材料的隔离将LED直接放置在带有电触点的铝质基体上。公司表示,在Celcion上安装的LED运行时比使用传统铝基板时的温度要低10摄氏度,因为避免使用热界面材料。Celcion材料只是在需要进行电气绝缘时才会选择性应用在铝质基体上。据该公司表示,这样可降低SSL产品的成本,因为可以驱动LED发更多光量,同时可使用更小的散热器。
 

LED热界面材料Dow Corning热界面材料和封装剂
LED产品中广泛使用热界面材料,通常充当LED光引擎与散热器之间的导热层。这种材料保证LED与散热器之间具有更加均匀和有效的热界面。Dow Corning推出多种热界面材料,包括膜、胶、粘合剂、间隙填充剂和其他化合物。如图所示为其示例应用,包括用于驱动电源电子器件的导热封装。


SIL上还有其他值得一提的导热展品,比如Bergquist公司展出的导热材料、导热PCB基体以及风扇和鼓风机。该公司的主要技术之一为专用于标贴设备(如PCB上的LED)而设计的T-Clad。Cofan USA展示了为特定改造灯具设计的散热器。Dupont Electronics为通用LED提供的CooLam PCB技术。Laird还展示了导热PCB基体。
SSL产品设计师需要关注新品设计的各个方面,寻找增强导热性能的机会,从而提高新产品的可靠性。而且,设计师需要拓展关注随时上市的新材料、新工艺,拓展技术视野。事实上,最佳产品是热学、机械学和光学设计学科融合的结果,取决于符合具体应用需要的产品和技术的选择。

关于作者
Maury Wright 为《LED杂志》编辑。
本文发表在2013年3月的《LED杂志》期刊上。原文地址:Focus on Thermal at SIL (MAGAZINE)(http://ledsmagazine.com/features/10/3/9)。好攀登LED翻译整理。
 




原文地址:http://www.odmled.com/news/105.htm
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