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当前LED主要散热技术——其他新型散热技术

2016-09-23 09:20:35来源:中国节能灯网浏览:评论:0

  1、 SynJet替代风扇

  应用到LED照明散热上面,SynJet的大致原理是一个类似振动膜的元件以一定频率振动压缩腔内的空气,空气受压缩后从细小的喷嘴高速喷出,形成空气弹喷向散热片,同时空气弹带动散热片周围的空气流动带走热量。据介绍,该技术原先用于芯片的散热,LED照明兴起之后,被用于替代硕大的风扇。

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  相对于风扇来说,SynJet散热模组有以下几个特点:

  功耗比风扇低:SynJet散热模组主要的耗能部分是一个驱动模块,振动膜,相对风扇的电机部分功耗要低。据介绍,以10W MR16为例,长时间点亮后,LED焊接处温度约为50℃;15W Par20,约为55-60℃。

  体积小、质量轻:由于SynJet散热模组的特殊结构,所以可以做到比较小的体积,可以用在一些无法安装风扇的筒灯中。小尺寸,良好的散热可以使小尺寸的LED灯具实现较大功率和亮度。

  低噪音:风扇的电机在转动是不可避免的产生噪音,如果是用在室内照明,夜深人静时这样的噪音会比较明显。SynJet散热模组的振动膜在人耳不敏感的频率下振动,噪音很小,甚至感觉不到噪音。据介绍,SynJet散热模组有三组频率可调。

  寿命长:SynJet散热模组结构简单,寿命可达10万小时,而风扇通常只有5000小时,对于长寿命着称的LED灯来讲,5000显然有点拖后腿。在应用SynJet散热模组时,有一点要特别注意的就是整个灯杯要有开口,保障内部空气可与外界交换,否则SynJet的散热效果会打折扣。

  2、 均热板技术

  热能有个规律,它会往热阻值低的地方传递。如果热量无法通过散热介质传导出去,它就会传递到PCB上,长时间运行会导致PCB过热变形、损坏。因此,满载做功时单位面积内的巨大热能是一个显卡最难克服的散热问题。下面是目前几种传统散热方式在热传密度上的横向比较:

  一个50cm2, 6mm厚的真空均温板Heat Flux热传密度可达115W/cm2,是铜热管的10倍以上,Vapor Chamber真空腔均热板比纯铜基板具有更好的热扩散性能,特别适合于大功率的CPU、GPU的使用。

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  如图所示,为真空腔均热板散热过程示意图,芯片产生热能通过大面积均热板迅速吸收和传导,使封装的介质开始由液体转化为气体,通过蒸发区将热能带出。气态介质膨胀至整个真空腔,将带出的热能迅速传导到整个封装的铜内腔体中并传导到铝鳍片上。铝鳍片的热能经过风扇强制对流冷却后, 使工质失去热能冷却,变化为液态通过内腔管壁毛细作用,然后回流到底部蒸发区,又吸收到新的热能,并再度气化将热带出, 形成一个循环。

  总结起来,真空均热板优势有:

  一.均热板的阻抗为业界中最低之一 ,将300W应用于25mmx25mm时的测量值为0.05C/W

  二.尺寸外型非常灵活,均热板面积可达200 mm x 200 mm

  三.克服了方向性限制,全面提升了电子组件/系统的效能

  3、 自激式振荡流热管/环路热管

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  它们作为传统热管技术的延伸,也是依靠液体相变实现换热的,传热能力较烧结热管提高20-30%,具有传热效率高、结构简单、成本低、适应性好、热输运距离远等特点,是解决大功率LED灯散热问题最为有效的解决方案。

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  4、 离子风散热技术

  Tessera把这套系统命名为EHD(ElectroHydroDynamic电子液动力)散热,其概念实际上相当简单,基于正负电子中和的原理,由一对电极的一端产生正电离子,飞向另一端的负电离子,便能带动空气形成稳定气流,即“离子风”带走热量,在完全没有活动部件的情况下实现了静音散热。

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  离子风的散热技术,与现在的散热技术相比,这种新的散热技术可以提升250%的散热效率。采用这种技术的离子风引擎两端各有一个高电压电极,电极之间的电压差高达数千伏,在这种情况下,空气中的气体分子实现离子化就产生了离子风, 这种离子风可以高效的带走芯片所产生的热量。这种离子风引擎可以安装在需要散热的芯片上,这样无需风扇就可以起到强大的散热作用,并且其散热效率远高于目前的散热产品。

  如果普通散热器可以将温度降到 60°C的话,这种离子风散热引擎可以将温度降至 35°C 。在热管的帮助下,离子风引擎散热效果与现在的散热技术相比可以提升250%。目前相关技术人员正在努力使离子风技术支持低电压运行环境。

  5、 PDC 热处理材料

  PDC(polycrystalline diamond composite)即聚晶金刚石复合片,是聚晶金刚石(polycrystallin diamond,PCD)和硬质合金底层形成的一种复合材料.它既有PCD的高硬度又有一定的韧性和抗冲击性能,是一种重要的超硬刀具材料。

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  PDC的产品属被动式非金属散热材料Passive Dimensional Dissipation material (简称PDD),并将导热及散热的功能结合,成为最佳热处理解决方案。

  有Coating PDC材料的散热片,其散热效果与Coating ITRI(奈米碳球)的散热性能相当。

  6、 纳米碳球应用于辐射散热技术

  受限于节能与产品轻薄短小之需求,非主动散热日益受重视,应用辐射红外线的涂料散热方式是目前相当热门的研究领域,特别是应用于高功率LED 与太阳电池等产品,其散热好坏会直接反应在产品效能上,并且为了节能减碳的诉求,这类产品通常不会加装风扇散热。一般导热材必须有高的Loading ,藉由填充粒子间的界面接触传导热,因此界面阻抗成为主要的热能传递障碍。碳簇材料(黑体)辐射冷却效果佳。在相同温度(90°C)下,以红外线摄相仪观测,有涂装的很火红(辐射发射率达98%),并且明显降温速度较快,显示涂层具辐射冷却效果。将此应用于单颗5WLED 台灯制品, LED 温度可由75.1°C降至50.8°C,亮度增加30% 且寿命可大幅提升(图六)。辐射散热的效果常随散热鳍片之设计而略有不同,一般来说,涂装纳米碳球之鳍片可较相同形状未涂装样品降温达6°C以上。因应节能与非主动散热需求,产品可藉简易的涂布技术应用于铝鳍片散热、LED 照明、车灯、工业计算机、太阳能电池散热、随身装置、游戏机等应用产品。相关产品市场产值大,目前成果已商品化应用于LED 台灯产品。

 

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