Matériaux et technologie de dissipation thermique des lampes à LED

La dissipation thermique est un facteur important affectant l'intensité d'éclairage des lampes à LED. Un dissipateur thermique peut résoudre le problème de dissipation thermique des lampes LED à faible éclairement, mais un dissipateur thermique ne peut pas résoudre le problème de dissipation thermique des lampes haute puissance.

Afin d'obtenir l'intensité d'éclairage idéale, la technologie de refroidissement actif doit être utilisée pour résoudre la chaleur dégagée par les composants des lampes à LED, et certaines solutions de refroidissement actif telles que les ventilateurs n'ont pas une durée de vie aussi longue que les lampes à LED.

Afin de fournir une solution de refroidissement actif pratique pour les luminaires LED à haute luminosité, la technologie de dissipation thermique doit être à faible consommation d'énergie et être applicable aux petits luminaires ayant une durée de vie similaire ou supérieure à celle de la source lumineuse.

D'une manière générale, selon la manière dont la chaleur est évacuée du dissipateur thermique, les dissipateurs thermiques peuvent être divisés en refroidissement actif et refroidissement passif.

La soi-disant dissipation thermique passive signifie que la chaleur de la source lumineuse LED de la source de chaleur est naturellement dissipée dans l'air à travers le dissipateur thermique, et l'effet de dissipation thermique est proportionnel à la taille du dissipateur thermique. Mais parce qu'il dissipe naturellement la chaleur, l'effet est bien sûr fortement réduit. Il est souvent utilisé dans des équipements qui ne nécessitent pas d'espace, ou pour dissiper la chaleur pour des composants qui génèrent peu de chaleur. Par exemple, certaines cartes mères populaires adoptent également une dissipation thermique passive sur le pont nord.

La dissipation thermique active consiste à évacuer de force la chaleur émise par le dissipateur thermique à travers les ventilateurs et autres équipements de dissipation thermique. Il se caractérise par une efficacité de dissipation thermique élevée et une petite taille d'appareil.

La dissipation thermique active peut être divisée en dissipation thermique refroidie par air, dissipation thermique refroidie par liquide, dissipation thermique par caloduc, réfrigération par semi-conducteur, réfrigération chimique, etc.

01. Refroidissement par air

Le refroidissement par air est la méthode de dissipation thermique la plus courante, et c'est aussi une méthode relativement bon marché. Le refroidissement par air consiste essentiellement à utiliser des ventilateurs pour évacuer la chaleur absorbée par le dissipateur thermique. Il présente les avantages d'un prix relativement bas et d'une installation pratique. Cependant, il est fortement dépendant de l'environnement. Par exemple, ses performances de dissipation thermique seront grandement affectées lorsque la température augmente et l'overclocking.

02. Refroidissement liquide

La dissipation thermique du refroidissement liquide consiste à évacuer la chaleur du dissipateur thermique par circulation forcée de liquide sous l'entraînement de la pompe. Comparé au refroidissement par air, il présente les avantages d'un refroidissement silencieux, stable et moins dépendant de l'environnement. Le prix du refroidissement liquide est relativement élevé et l'installation est relativement gênante. En même temps, essayez de suivre les instructions du manuel lors de l'installation pour obtenir le meilleur effet de dissipation thermique. Pour des raisons de coût et de facilité d'utilisation, le refroidissement liquide utilise généralement de l'eau comme liquide de conduction thermique, de sorte que les dissipateurs thermiques à refroidissement liquide sont souvent appelés dissipateurs thermiques à refroidissement par eau.

03. Refroidissement par caloduc

Le caloduc est une sorte d'élément de transfert de chaleur, qui utilise pleinement le principe de conduction thermique et les propriétés de transfert de chaleur rapide du milieu de réfrigération, et transfère la chaleur par l'évaporation et la condensation du liquide dans le tube à vide entièrement fermé, avec conductivité thermique extrêmement élevée et bonne isotherme La zone de transfert de chaleur des deux côtés des côtés froid et chaud peut être modifiée arbitrairement, transfert de chaleur à longue distance, contrôle de la température, etc., et l'échangeur de chaleur composé de caloducs a une efficacité de transfert de chaleur élevée , structure compacte et petite perte de résistance aux fluides. avantage. Sa capacité à conduire la chaleur dépasse de loin celle de tout métal connu.

04. Réfrigération des semi-conducteurs

La réfrigération à semi-conducteur consiste à utiliser une puce de réfrigération à semi-conducteur spéciale pour générer une différence de température lorsqu'elle est alimentée pour refroidir. Tant que la chaleur à l'extrémité haute température peut être efficacement dissipée, l'extrémité basse température sera continuellement refroidie. Une différence de température est générée sur chaque particule semi-conductrice, et une feuille de réfrigération est composée de dizaines de telles particules en série, formant ainsi une différence de température sur les deux surfaces de la feuille de réfrigération. L'utilisation de ce phénomène de différence de température, combiné au refroidissement par air/eau pour refroidir l'extrémité à haute température, peut obtenir un excellent effet de dissipation thermique.

La réfrigération des semi-conducteurs présente les avantages d'une basse température de réfrigération et d'une grande fiabilité. La température de la surface froide peut atteindre moins de 10 degrés, mais le coût est trop élevé et cela peut provoquer un court-circuit en raison d'une température trop basse. De plus, la technologie des puces de réfrigération à semi-conducteurs n'est pas suffisamment mature à l'heure actuelle. pratique.

05. Réfrigération chimique

La réfrigération dite chimique consiste à utiliser certaines substances chimiques à ultra-basse température, et à les utiliser pour absorber une grande quantité de chaleur lors de la fusion afin de réduire la température. À cet égard, l'utilisation de neige carbonique et d'azote liquide est plus courante. Par exemple, l'utilisation de glace sèche peut abaisser la température en dessous de moins 20 degrés, et certains joueurs plus exagérés utilisent de l'azote liquide pour abaisser la température du processeur en dessous de moins 100 degrés (théoriquement). Bien sûr, en raison du prix élevé et de la courte durée, cette méthode est plus vue dans les laboratoires ou les overclockeurs extrêmes.

De manière générale, les dissipateurs thermiques ordinaires refroidis par air choisissent naturellement le métal comme matériau du dissipateur thermique. Pour le matériau sélectionné, on espère qu'il a à la fois une chaleur spécifique élevée et une conductivité thermique élevée.

Comme le montre la figure ci-dessus, l'argent et le cuivre sont les meilleurs conducteurs thermiques, suivis de l'or et de l'aluminium. L'or et l'argent étant trop chers, les dissipateurs thermiques sont actuellement principalement constitués d'aluminium et de cuivre.

Le cuivre et l'alliage d'aluminium ont leurs propres avantages et inconvénients : le cuivre a une bonne conductivité thermique, mais il est plus cher, difficile à traiter, trop lourd, la capacité thermique du dissipateur thermique est faible et il est facile à oxyder.

D'autre part, l'aluminium pur est trop mou pour être utilisé directement, et les alliages d'aluminium peuvent fournir une dureté suffisante. Les avantages de l'alliage d'aluminium sont son faible prix et son poids léger, mais la conductivité thermique est inférieure à celle du cuivre. Par conséquent, les matériaux suivants sont apparus dans l'histoire du développement des dissipateurs thermiques :

01. Dissipateur thermique en aluminium

Le dissipateur thermique en aluminium pur est le dissipateur thermique le plus courant au stade initial, et son processus de fabrication est simple et son coût est faible. Jusqu'à présent, les dissipateurs thermiques en aluminium pur occupent encore une part considérable du marché. Afin d'augmenter la zone de dissipation thermique de ses ailettes, la méthode de traitement la plus couramment utilisée pour les dissipateurs thermiques en aluminium pur est la technologie d'extrusion d'aluminium, et les principaux indicateurs d'évaluation d'un dissipateur thermique en aluminium pur sont l'épaisseur de la base du dissipateur thermique et la broche. -Rapport d'aileron.

Pin fait référence à la hauteur des ailettes du dissipateur thermique et Fin fait référence à la distance entre deux ailettes adjacentes. Le rapport Pin-Fin est la hauteur du Pin (hors épaisseur de la base) divisée par le Fin. Plus le rapport Pin-Fin est grand, plus la zone de dissipation thermique effective du dissipateur thermique est grande, ce qui signifie que la technologie d'extrusion d'aluminium est plus avancée.

02 dissipateur thermique en cuivre

La conductivité thermique du cuivre est 1,69 fois supérieure à celle de l'aluminium, donc sous réserve que les autres conditions soient les mêmes, un dissipateur thermique en cuivre pur peut évacuer plus rapidement la chaleur de la source de chaleur. Cependant, la texture du cuivre est un problème. De nombreux dissipateurs thermiques annoncés comme "cuivre pur" ne sont pas en fait 100% cuivre.

Dans la liste du cuivre, la teneur en cuivre de plus de 99 % est appelée cuivre sans acide, et la prochaine qualité de cuivre est le cuivre rouge avec une teneur en cuivre inférieure à 85 %. La plupart des dissipateurs thermiques en cuivre pur sur le marché ont actuellement une teneur en cuivre entre les deux. Certains dissipateurs thermiques en cuivre pur de qualité inférieure contiennent moins de 85 % de cuivre. Bien que le coût soit très faible, leur conductivité thermique est fortement réduite, ce qui affecte la dissipation thermique.

De plus, le cuivre présente également des inconvénients évidents, tels qu'un coût élevé, un traitement difficile et une masse élevée de dissipateurs thermiques qui entravent l'application de dissipateurs thermiques entièrement en cuivre. La dureté du cuivre rouge n'est pas aussi bonne que celle de l'alliage d'aluminium AL6063 et les performances de certains traitements mécaniques (tels que le rainurage, etc.) ne sont pas aussi bonnes que celles de l'aluminium. le point de fusion du cuivre est beaucoup plus élevé que celui de l'aluminium, qui n'est pas propice à l'extrusion.

03. Technologie de liaison cuivre-aluminium

Après avoir examiné les lacunes respectives du cuivre et de l'aluminium, certains dissipateurs thermiques haut de gamme du marché utilisent actuellement un procédé de fabrication combiné cuivre-aluminium. Ces dissipateurs thermiques utilisent généralement des bases métalliques en cuivre, tandis que les ailettes de dissipation thermique sont en alliage d'aluminium. Bien sûr, en plus du fond en cuivre, il existe également des méthodes telles que l'utilisation de piliers en cuivre pour le dissipateur thermique, qui est également le même principe.

Avec une conductivité thermique élevée, la surface inférieure en cuivre peut rapidement absorber la chaleur dégagée par la source de chaleur, et les ailettes en aluminium peuvent être transformées en la forme la plus propice à la dissipation thermique à l'aide de moyens de traitement complexes, et fournir un grand chauffer l'espace de stockage et le libérer rapidement. Un point d'équilibre a été trouvé dans tous les aspects.