एलईडी शीतलन विधि और सामग्री

प्रारंभिक एकल-चिप एल ई डी बहुत शक्तिशाली नहीं थे, सीमित गर्मी उत्पादन था, और इसमें बहुत कम थर्मल समस्याएं थीं, इसलिए पैकेज अपेक्षाकृत सरल था। हालांकि, हाल के वर्षों में एलईडी सामग्री प्रौद्योगिकी की निरंतर सफलता के साथ, एलईडी की पैकेजिंग तकनीक भी बदल गई है। शुरुआती सिंगल-चिप गन-टाइप पैकेज से, यह धीरे-धीरे एक फ्लैट, बड़े क्षेत्र के मल्टी-चिप पैकेज मॉड्यूल में विकसित हुआ है; इसका ऑपरेटिंग करंट 20mA की शुरुआत से है। बाएं और दाएं की कम-शक्ति की एलइडी वर्तमान उच्च-शक्ति वाले एलईड के बारे में 1/3 से 1 ए तक बढ़ गई है। सिंगल एलईडी की इनपुट पावर 1W या उससे अधिक है, और यहां तक कि 3W और 5W पैकेज मोड भी अधिक विकसित हैं।

चूंकि उच्च-चमक और उच्च-शक्ति एलईडी प्रणाली के कारण होने वाली गर्मी की समस्या उत्पाद के कार्य को प्रभावित करने की कुंजी होगी, इसलिए एलईडी घटक द्वारा आसपास के वातावरण में उत्पन्न गर्मी को जल्दी से निर्वहन करने के लिए, इसके साथ शुरू करना आवश्यक है पैकेज स्तर (L1 & L2) का थर्मल प्रबंधन। वर्तमान में, उद्योग का अभ्यास पैकेज मॉड्यूल के थर्मल प्रतिबाधा को गर्मी स्प्रेडर के माध्यम से कम करना है और एक स्प्रेडर पर मिलाप या थर्मल पेस्ट के साथ एलईडी चिप को मिलाप करना है।

कई टर्मिनल अनुप्रयोगों, जैसे मिनी प्रोजेक्टर, मोटर वाहन और प्रकाश स्रोतों को एक दिए गए क्षेत्र के लिए एक हजार से अधिक लुमेन या दसियों हज़ारों लुमेन की आवश्यकता होती है। सिंगल-चिप पैकेज मॉड्यूल स्पष्ट रूप से अपर्याप्त हैं। मल्टी-चिप एलईडी पैकेज पर जाना और सीधे चिप को सब्सट्रेट में बाँधना भविष्य के विकास की प्रवृत्ति है।

प्रकाश की वस्तुओं के लिए एल ई डी के विकास में गर्मी लंपटता समस्या मुख्य बाधा है। ओवरहीटिंग को रोकने के लिए सिरेमिक या हीट पाइप का उपयोग एक प्रभावी तरीका है। हालांकि, गर्मी प्रबंधन समाधान सामग्री की लागत को बढ़ाता है। हाई-पावर एलईडी हीट मैनेजमेंट डिज़ाइन का उद्देश्य आर जंक्शन-टू-केस को प्रभावी रूप से कम करना है जो सामग्री-आधारित समाधानों में से एक है जो चिप से गर्मी लंपटता प्रदान करता है, कम तापीय प्रतिरोध प्रदान करता है लेकिन उच्च चालकता है, जिससे गर्मी को सीधे स्थानांतरित किया जा सकता है। चिप के माध्यम से डाई अटैच या हॉट मेटल मेथड से। पैकेज हाउसिंग के बाहर।

बेशक, एल ई डी के गर्मी लंपटता घटक सीपीयू के गर्मी लंपटता के समान हैं। वे मुख्य रूप से एयर-कूल्ड मॉड्यूल हैं जो हीट सिंक, हीट पाइप, पंखे और थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री से बने होते हैं। बेशक, पानी का ठंडा होना थर्मल काउंटरस्मैशर्स में से एक है। वर्तमान सबसे बड़े आकार के एलईडी टीवी बैकलाइट मॉड्यूल में, 40-इंच और 46-इंच की एलईडी बैकलाइट में क्रमशः 470W और 550W की इनपुट शक्तियां होती हैं, जिनमें से 80% गर्मी में परिवर्तित हो जाती हैं, और आवश्यक गर्मी अपव्यय लगभग 360W और 440W है या ऐसा।

तो आप इस गर्मी को कैसे दूर करते हैं? वर्तमान में, उद्योग में ठंडा करने के लिए जल-ठंडा करने के तरीके हैं, लेकिन उच्च इकाई मूल्य और विश्वसनीयता के बारे में संदेह हैं। शीतलन के लिए गर्मी सिंक और प्रशंसकों के साथ गर्मी पाइप का उपयोग करना भी उपयोगी है।

गर्मी अपव्यय विधि

सामान्य तौर पर, हीट सिंक को सक्रिय हीट सिंक और पैसिव हीट सिंक में विभाजित किया जा सकता है, जिस तरह से हीट सिंक को हटा दिया जाता है। तथाकथित निष्क्रिय गर्मी लंपटता का मतलब है कि गर्मी स्रोत एलईडी प्रकाश स्रोत की गर्मी स्वाभाविक रूप से गर्मी सिंक के माध्यम से हवा में विकिरणित होती है, और गर्मी अपव्यय प्रभाव गर्मी सिंक के आकार के लिए आनुपातिक होता है, लेकिन प्राकृतिक गर्मी के कारण अपव्यय, प्रभाव निश्चित रूप से बहुत कम हो जाता है, और अक्सर उन अंतरिक्ष स्थानों में उपयोग किया जाता है। जिन उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है, या कम गर्मी उत्पन्न करने वाले घटकों के लिए गर्मी को फैलाने के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, कुछ लोकप्रिय मदरबोर्ड उत्तरी पुल पर निष्क्रिय गर्मी लंपटता भी अपनाते हैं। उनमें से ज्यादातर सक्रिय गर्मी लंपटता को अपनाते हैं। सक्रिय गर्मी लंपटता प्रशंसकों जैसे गर्मी सिंक द्वारा मजबूर है। हीट सिंक द्वारा उत्सर्जित गर्मी को दूर ले जाया जाता है, जो उच्च गर्मी अपव्यय दक्षता और डिवाइस के छोटे आकार की विशेषता है।

सक्रिय गर्मी लंपटता, गर्मी लंपटता विधि से उपविभाजित, हवा ठंडा, तरल ठंडा, गर्मी पाइप शीतलन, अर्धचालक प्रशीतन, रासायनिक प्रशीतन और इतने पर विभाजित किया जा सकता है।

एयर-कूल्ड एयर-कूल्ड हीट गर्मी लंपटता का सबसे आम रूप है, और तुलना में, यह एक सस्ता तरीका भी है। वायु शीतलन अनिवार्य रूप से एक प्रशंसक है जो गर्मी सिंक द्वारा अवशोषित गर्मी को दूर ले जाता है। इसमें अपेक्षाकृत कम कीमत और सुविधाजनक स्थापना के फायदे हैं। हालांकि, यह पर्यावरण पर बहुत अधिक निर्भर है, जैसे कि बढ़ते तापमान और अत्यधिक प्रदर्शन।

तरल ठंडा

तरल शीतलन गर्मी पंप की ड्राइविंग के तहत पंप द्वारा रेडिएटर की गर्मी को प्रसारित करने के लिए मजबूर किया जाता है। एयर कूलिंग की तुलना में, इसमें शांतता, स्थिर तापमान स्थिरता और पर्यावरण पर कम निर्भरता के फायदे हैं। तरल शीतलन की कीमत अपेक्षाकृत अधिक है, और स्थापना अपेक्षाकृत बोझिल है। उसी समय, इसे निर्देश के अनुसार जितना संभव हो उतना स्थापित करें ताकि सर्वोत्तम गर्मी अपव्यय हो सके। लागत और उपयोग में आसानी के कारण, तरल शीतलन गर्मी लंपटता आमतौर पर गर्मी हस्तांतरण तरल के रूप में पानी का उपयोग करती है, इसलिए तरल ठंडा गर्मी सिंक को अक्सर पानी ठंडा गर्मी सिंक के रूप में संदर्भित किया जाता है।

गरम पाइप

हीट पाइप एक गर्मी हस्तांतरण तत्व से संबंधित है, जो पूरी तरह से गर्मी प्रवाहकत्त्व के सिद्धांत का उपयोग करता है और सर्द माध्यम की तेजी से गर्मी हस्तांतरण संपत्ति, और पूरी तरह से संलग्न वैक्यूम ट्यूब में तरल के वाष्पीकरण और संक्षेपण द्वारा गर्मी स्थानांतरित करता है, और बहुत अधिक है तापीय चालकता और अच्छा इज़ोटेर्मल तापमान। गर्म और ठंडे दोनों पक्षों पर गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र को मनमाने ढंग से बदला जा सकता है, गर्मी हस्तांतरण लंबी दूरी, तापमान नियंत्रित किया जा सकता है, और इसी तरह, और हीट पाइप से बने हीट एक्सचेंजर में उच्च गर्मी हस्तांतरण दक्षता होती है , कॉम्पैक्ट संरचना, छोटे द्रव प्रतिरोध, आदि लाभ। इसकी तापीय चालकता किसी भी ज्ञात धातु की तापीय चालकता को पार कर गई है।

अर्धचालक प्रशीतन

सेमीकंडक्टर प्रशीतन एक विशेष अर्धचालक प्रशीतन चिप का उपयोग करता है जब ठंडा करने के लिए एक तापमान अंतर उत्पन्न करता है। जब तक उच्च तापमान अंत में गर्मी को प्रभावी ढंग से विघटित किया जा सकता है, कम तापमान अंत लगातार ठंडा होता है। प्रत्येक सेमीकंडक्टर कणों पर एक तापमान अंतर उत्पन्न होता है, और सर्द शीट की दोनों सतहों पर तापमान अंतर बनाने के लिए श्रृंखला में दर्जनों ऐसे कणों को जोड़कर एक शीतलन शीट बनाई जाती है। इस तापमान अंतर घटना का उपयोग करके, उच्च तापमान अंत को ठंडा करने के लिए एयर कूलिंग / वॉटर कूलिंग का उपयोग किया जा सकता है, और एक उत्कृष्ट गर्मी अपव्यय प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है। अर्धचालक प्रशीतन में कम प्रशीतन तापमान और उच्च विश्वसनीयता के फायदे हैं। ठंड की सतह का तापमान 10 डिग्री सेल्सियस से नीचे पहुंच सकता है, लेकिन लागत बहुत अधिक है, और यह कम तापमान के कारण शॉर्ट सर्किट का कारण बन सकता है। अब अर्धचालक प्रशीतन फिल्म की प्रक्रिया पर्याप्त परिपक्व नहीं है। व्यावहारिक।

रासायनिक प्रशीतन

तथाकथित रासायनिक प्रशीतन कुछ अल्ट्रा-कम तापमान रसायनों का उपयोग होता है, जो तापमान को कम करने के लिए पिघलने के दौरान बड़ी मात्रा में गर्मी को अवशोषित करने के लिए उनका उपयोग करते हैं। इस संबंध में सूखी बर्फ और तरल नाइट्रोजन का उपयोग करना अधिक आम है। उदाहरण के लिए, शुष्क बर्फ का उपयोग करके तापमान शून्य से 20 डिग्री सेल्सियस नीचे तक जा सकता है, और कुछ अधिक "विकृत" खिलाड़ी शून्य से 100 डिग्री सेल्सियस (सिद्धांत रूप में) के नीचे सीपीयू तापमान कम करने के लिए तरल नाइट्रोजन का उपयोग करते हैं, निश्चित रूप से, उच्च कीमत के कारण और छोटी अवधि, इस विधि प्रयोगशाला या अत्यधिक overclocking उत्साही में अधिक आम हैं।

सामग्री का चयन

गर्मी हस्तांतरण गुणांक (इकाई: W / mK)

चांदी 429

तांबा 401

सोना 317

एल्युमिनियम 237

लोहा 80०

लीड 34.8

1070 एल्यूमीनियम मिश्र धातु 226

1050 एल्यूमीनियम मिश्र धातु 209

6063 प्रकार एल्यूमीनियम मिश्र धातु 201

6061 प्रकार एल्यूमीनियम मिश्र धातु 155

सामान्य तौर पर, साधारण एयर-कूल्ड रेडिएटर स्वाभाविक रूप से रेडिएटर की सामग्री के रूप में धातु का चयन करते हैं। चयनित सामग्रियों के लिए, उच्च विशिष्ट गर्मी और उच्च तापीय चालकता दोनों होना आवश्यक है। ऊपर से, चांदी और तांबा सबसे अच्छी थर्मल सामग्री हैं, इसके बाद सोने और एल्यूमीनियम का उपयोग किया जाता है। हालांकि, सोना और चांदी बहुत महंगे हैं, इसलिए वर्तमान गर्मी सिंक मुख्य रूप से एल्यूमीनियम और तांबे से बना है। इसकी तुलना में, तांबा और एल्यूमीनियम मिश्र धातु दोनों के अपने फायदे और नुकसान हैं: तांबे में अच्छी तापीय चालकता है, लेकिन कीमत अपेक्षाकृत महंगी है, प्रसंस्करण मुश्किल है, वजन बहुत बड़ा है, और तांबे के हीट सिंक की क्षमता छोटी है , और ऑक्सीकरण करना आसान है। । दूसरी ओर, शुद्ध एल्यूमीनियम सीधे इस्तेमाल होने के लिए बहुत नरम है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग पर्याप्त कठोरता प्रदान कर सकता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु का लाभ यह है कि यह सस्ता और हल्का है, लेकिन तापीय चालकता तांबे की तुलना में बहुत खराब है। इसलिए, रेडिएटर के विकास के इतिहास में, निम्नलिखित सामग्रियां दिखाई दी हैं:

शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर

शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर्स शुरुआती दिनों में सबसे आम रेडिएटर हैं। विनिर्माण प्रक्रिया सरल है और लागत कम है। अब तक, शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर्स अभी भी बाजार के काफी हिस्से पर कब्जा कर रहे हैं। पंखों के गर्मी लंपटता क्षेत्र को बढ़ाने के लिए, शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर्स के लिए सबसे आम प्रसंस्करण विधि एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न तकनीक है, और शुद्ध एल्यूमीनियम रेडिएटर का मूल्यांकन करने के लिए मुख्य संकेतक रेडिएटर बेस और पिन-फिन अनुपात की मोटाई है। पिन गर्मी सिंक के पंखों की ऊंचाई को संदर्भित करता है, और फिन दो आसन्न पंखों के बीच की दूरी को संदर्भित करता है। पिन-फिन अनुपात फिन द्वारा विभाजित पिन (आधार की मोटाई को छोड़कर) की ऊंचाई है। पिन-फिन अनुपात जितना बड़ा होता है, उतनी ही बड़ी मात्रा में हीट सिंक का प्रभावी विघटन क्षेत्र होता है, जिसका अर्थ है कि एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न तकनीक अधिक उन्नत है।

शुद्ध कॉपर रेडिएटर

कॉपर में एल्युमीनियम के 1.69 गुना अधिक गर्मी हस्तांतरण गुणांक होता है, इसलिए शुद्ध कॉपर हीट सिंक गर्मी स्रोत से गर्मी को और अधिक तेजी से हटा सकते हैं, अन्य सभी चीजें बराबर होती हैं। हालांकि, तांबे की बनावट एक समस्या है। कई "शुद्ध कॉपर रेडिएटर" वास्तव में 100% तांबा नहीं हैं। तांबे की सूची में, 99% से अधिक तांबे को एसिड-मुक्त तांबा कहा जाता है, और तांबे की अगली श्रेणी तांबा है जिसमें 85% से कम तांबा होता है। आज बाजार में सबसे शुद्ध कॉपर हीट सिंक की तांबे की सामग्री कहीं न कहीं है। कुछ अवर शुद्ध कॉपर रेडिएटर में 85% तांबा भी नहीं होता है। हालांकि लागत बहुत कम है, उनकी गर्मी हस्तांतरण क्षमता बहुत कम है, जो गर्मी लंपटता को प्रभावित करती है। इसके अलावा, तांबे में स्पष्ट कमियां, उच्च लागत, कठिन प्रसंस्करण, और बहुत बड़ी गर्मी सिंक है जो सभी तांबा गर्मी सिंक के आवेदन में बाधा डालती है। लाल तांबे की कठोरता एल्यूमीनियम मिश्र धातु AL6063 की तरह अच्छी नहीं है। कुछ यांत्रिक प्रसंस्करण (जैसे ग्रूविंग, आदि) एल्यूमीनियम के रूप में अच्छा नहीं है; तांबे में एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक पिघलने वाला बिंदु होता है, जो बाहर निकालना और अन्य समस्याओं के लिए अनुकूल नहीं है।

कॉपर-एल्यूमीनियम बॉन्डिंग तकनीक

दो सामग्रियों, तांबे और एल्यूमीनियम की कमियों पर विचार करने के बाद, बाजार में कुछ उच्च अंत गर्मी सिंक अक्सर तांबे और एल्यूमीनियम के संयोजन का उपयोग करते हैं। ये हीट सिंक आमतौर पर कॉपर मेटल बेस का इस्तेमाल करते हैं, जबकि हीट सिंक फिन्स एल्युमिनियम एलॉय का इस्तेमाल करते हैं। कॉपर बेस के अलावा, हीट सिंक के लिए कॉपर पोस्ट का उपयोग करने के तरीके भी हैं, जो एक ही सिद्धांत है। एक उच्च तापीय चालकता के साथ, सीपीयू द्वारा जारी गर्मी को तांबे के तल को जल्दी से अवशोषित कर सकते हैं; एल्यूमीनियम पंखों को एक आकृति में बनाया जा सकता है जो जटिल प्रक्रियाओं के माध्यम से गर्मी अपव्यय के लिए सबसे अनुकूल है, और एक बड़ी गर्मी भंडारण स्थान और त्वरित रिलीज प्रदान करता है। सभी पहलुओं में एक संतुलन बिंदु पाया गया।

एलईडी चमकदार दक्षता और सेवा जीवन को बेहतर बनाने के लिए, एलईडी उत्पादों की गर्मी लंपटता समस्या को हल करना इस चरण में सबसे महत्वपूर्ण मुद्दों में से एक है। एलईडी उद्योग का विकास उच्च-शक्ति, उच्च-चमक और छोटे आकार के एलईडी उत्पादों के विकास पर भी केंद्रित है। उच्च गर्मी लंपटता और सटीक आकार के साथ गर्मी-विघटित सब्सट्रेट भी एलईडी ताप-विघटित सब्सट्रेट के भविष्य के विकास में एक प्रवृत्ति बन गई है। वर्तमान में, एल्यूमीनियम ऑक्साइड सब्सट्रेट को एल्यूमीनियम नाइट्राइड सब्सट्रेट द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, या एलईडी के चमकदार दक्षता में सुधार करने के लिए एक यूकेटिक या फ्लिप चिप प्रक्रिया द्वारा सोने के तार को बदलने की डाई / सब्सट्रेट बॉन्डिंग विधि का उपयोग किया जाता है। इस विकास की प्रवृत्ति के तहत, गर्मी-विघटित सब्सट्रेट के संरेखण की सटीकता खुद ही बहुत सख्त है, और इसके लिए उच्च गर्मी लंपटता, छोटे आकार और धातु लाइनों के अच्छे आसंजन की आवश्यकता होती है। इसलिए, एक पतली फिल्म सिरेमिक गर्मी-विदारक सब्सट्रेट पीले प्रकाश सूक्ष्म-छाया का उपयोग करके निर्मित होती है। यह एलईडी की निरंतर उच्च शक्ति को बढ़ावा देने के लिए महत्वपूर्ण उत्प्रेरक में से एक बन जाएगा।