Production efficace d’installations avancéesLes LED à puce unique initiales n’étaient pas très puissantes, produisaient peu de chaleur et posaient peu de problèmes thermiques; l’ensemble était donc relativement simple. Cependant, avec la percée continue de la technologie des matériaux à LED au cours des dernières années, la technologie d'emballage de la LED a également changé. Depuis les premiers boîtiers de type pistolet à puce unique, il s’est progressivement transformé en un module d’emballage plat à grande surface pour puces multiples; son courant de fonctionnement est de début 20mA. Les voyants de faible puissance situés à gauche et à droite ont atteint le niveau actuel des voyants de forte puissance, d'environ 1/3 à 1 A. La puissance d'entrée d'une seule LED atteint 1 W ou plus, et même les modes de boîtier 3W et 5W sont plus évolués.
Etant donné que le problème de chaleur provoqué par le système LED à haute luminosité et haute puissance sera la clé pour affecter le fonctionnement du produit, afin de décharger rapidement la chaleur générée par le composant LED dans l'environnement, il est nécessaire de commencer par le gestion thermique du niveau de package (L1 & L2). À l’heure actuelle, l’industrie a pour pratique de réduire l’impédance thermique du module d’emballage dans le dissipateur thermique en soudant la puce LED avec de la pâte à braser ou thermique sur un dissipateur thermique.
De nombreuses applications de terminal, telles que les mini-projecteurs, les sources d’automobile et les sources d’éclairage, nécessitent plus d’un millier de lumens ou des dizaines de milliers de lumens pour une zone donnée. Les modules mono-puce sont clairement inadéquats. Aller au boîtier de LED multi-puces et coller directement la puce au substrat est une tendance de développement future.
Le problème de la dissipation de chaleur est le principal obstacle au développement de LED pour éclairer des objets. L’utilisation de caloducs ou de caloducs est un moyen efficace de prévenir la surchauffe. Cependant, la solution de gestion de la chaleur augmente le coût des matériaux. La conception de la gestion de la chaleur des LED haute puissance a pour objectif de réduire efficacement la jonction R entre les boîtiers. L’une des solutions basées sur les matériaux assure la dissipation thermique de la puce, offrant une faible résistance thermique mais une conductivité élevée, permettant ainsi un transfert direct de la chaleur. de la puce par die attachent ou méthodes de métal chaud. L'extérieur du boîtier.
Bien entendu, les composants de dissipation de chaleur des LED sont similaires à ceux des processeurs. Ce sont principalement des modules refroidis par air composés de dissipateurs de chaleur, de caloducs, de ventilateurs et de matériaux d'interface thermique. Bien entendu, le refroidissement par eau fait également partie des contre-mesures thermiques. Dans le module de rétroéclairage LED de grande taille le plus utilisé, les rétroéclairages à LED de 40 pouces et de 46 pouces ont respectivement des puissances d'entrée de 470W et 550W, dont 80% sont convertis en chaleur et la dissipation thermique requise est d'environ 360W et 440W. ou alors
Alors, comment enlevez-vous cette chaleur? Il existe actuellement des méthodes de refroidissement à l'eau pour le refroidissement par eau, mais des doutes subsistent quant au prix unitaire élevé et à la fiabilité. Il est également utile d’utiliser des caloducs avec des dissipateurs de chaleur et des ventilateurs pour le refroidissement.
Méthode de dissipation thermique
En général, le dissipateur de chaleur peut être divisé en dissipateur de chaleur actif et dissipateur de chaleur passif en fonction de la façon dont la chaleur est retirée du dissipateur de chaleur. La dissipation thermique dite passive signifie que la chaleur de la source de lumière LED est naturellement émise dans l'air par le dissipateur thermique et que l'effet de dissipation thermique est proportionnel à la taille du dissipateur thermique, mais en raison de la chaleur naturelle dissipation, l'effet est bien sûr grandement réduit, et est souvent utilisé dans ces espaces. Dans les équipements non requis ou utilisés pour dissiper la chaleur pour des composants générant moins de chaleur. Par exemple, certaines cartes mères populaires adoptent également une dissipation thermique passive sur le pont nord. La plupart d'entre eux adoptent une dissipation thermique active. La dissipation thermique active est forcée par les puits de chaleur tels que les ventilateurs. La chaleur émise par le dissipateur de chaleur est évacuée, ce qui se caractérise par une efficacité élevée de dissipation de la chaleur et une petite taille de l'appareil.
La dissipation thermique active, divisée par le procédé de dissipation thermique, peut être divisée en refroidissement par air, refroidissement par liquide, refroidissement par caloduc, réfrigération à semi-conducteur, réfrigération chimique, etc.
La chaleur refroidie par air, refroidie par air, est la forme de dissipation de chaleur la plus courante et, en comparaison, elle est également moins chère. Le refroidissement par air est essentiellement un ventilateur qui absorbe la chaleur absorbée par le dissipateur thermique. Il présente les avantages d'un prix relativement bas et d'une installation pratique. Cependant, il dépend fortement de l'environnement, notamment de la hausse des températures et de la surchauffe.
Refroidissement liquide
La chaleur de refroidissement par liquide est forcée de circuler loin de la chaleur du radiateur par la pompe sous l'entraînement de la pompe. Comparé au refroidissement par air, il présente les avantages du silence, de la stabilité de la température et de la faible dépendance à l'environnement. Le prix du refroidissement liquide est relativement élevé et l’installation est relativement lourde. Dans le même temps, installez-le autant que possible en suivant les instructions du manuel pour obtenir la meilleure dissipation de chaleur. Pour des raisons de coût et de facilité d'utilisation, la dissipation de chaleur par refroidissement par liquide utilise généralement de l'eau en tant que liquide de transfert de chaleur. Par conséquent, les radiateurs à refroidissement par liquide sont souvent appelés radiateurs à refroidissement par eau.
Caloduc
Le caloduc appartient à un élément de transfert de chaleur qui utilise pleinement le principe de la conduction de la chaleur et la propriété de transfert de chaleur rapide du fluide frigorigène. Il transfère la chaleur par évaporation et condensation du liquide dans le tube à vide entièrement fermé. conductivité thermique et bonne température isothermique. La zone de transfert de chaleur sur les deux côtés des côtés chaud et froid peut être modifiée de façon arbitraire, le transfert de chaleur peut être longue distance, la température peut être contrôlée, etc., et l'échangeur de chaleur composé du caloduc a une efficacité de transfert de chaleur élevée , structure compacte, faible résistance aux fluides, etc. Sa conductivité thermique a largement dépassé la conductivité thermique de tout métal connu.
Réfrigération à semi-conducteurs
La réfrigération à semi-conducteurs utilise une puce de réfrigération à semi-conducteurs spéciale pour générer une différence de température pour le refroidissement lorsqu’elle est alimentée. Tant que la chaleur à l'extrémité haute température peut être efficacement dissipée, l'extrémité basse température est refroidie en continu. Une différence de température est générée sur chacune des particules semi-conductrices et une feuille de refroidissement est formée en connectant des dizaines de ces particules en série pour former une différence de température sur les deux surfaces de la feuille de réfrigérant. En utilisant ce phénomène de différence de température, le refroidissement par air / refroidissement par eau peut être utilisé pour refroidir l'extrémité haute température, et un excellent effet de dissipation de chaleur peut être obtenu. La réfrigération à semi-conducteurs présente les avantages d’une température de réfrigération basse et d’une grande fiabilité. La température de surface froide peut atteindre moins de 10 ° C, mais son coût est trop élevé et peut provoquer des courts-circuits en raison de la basse température. Maintenant, le processus de film de réfrigération semi-conducteur n'est pas assez mature. pratique.
Réfrigération chimique
Ce qu'on appelle la réfrigération chimique consiste à utiliser certains produits chimiques à très basse température, qui les utilisent pour absorber une grande quantité de chaleur pendant la fusion afin d'abaisser la température. Il est plus courant d'utiliser de la neige carbonique et de l'azote liquide à cet égard. Par exemple, utiliser de la neige carbonique peut faire baisser la température en dessous de moins 20 ° C et certains joueurs plus "pervers" utilisent l'azote liquide pour abaisser la température du processeur en dessous de moins 100 ° C (en théorie), bien sûr, en raison du prix élevé et de courte durée, ces méthodes sont plus courantes en laboratoire ou chez les amateurs d’overclocking extrêmes.
Choix des matériaux
Coefficient de transfert de chaleur (unité: W / mK)
Argent 429
Cuivre 401
Or 317
Aluminium 237
Fer 80
Plomb 34.8
1070 alliage d'aluminium 226
1050 alliage d'aluminium 209
Alliage d'aluminium type 6063 201
Alliage d'aluminium type 6061 155
En général, les radiateurs ordinaires à refroidissement par air choisissent naturellement le métal comme matériau du radiateur. Pour les matériaux choisis, il est souhaitable d'avoir à la fois une chaleur spécifique élevée et une conductivité thermique élevée. De ce qui précède, l'argent et le cuivre sont les meilleurs matériaux thermiques, suivis de l'or et de l'aluminium. Cependant, l'or et l'argent étant trop chers, le dissipateur thermique actuel est principalement constitué d'aluminium et de cuivre. En comparaison, les alliages de cuivre et d’aluminium ont leurs propres avantages et inconvénients: le cuivre a une bonne conductivité thermique, mais son prix est relativement élevé, le traitement est difficile, le poids est trop important et la capacité thermique du dissipateur de chaleur en cuivre est faible. et il est facile de s’oxyder. . Par contre, l'aluminium pur est trop mou pour être utilisé directement. L'alliage d'aluminium utilisé peut fournir une dureté suffisante. L'avantage de l'alliage d'aluminium est qu'il est bon marché et léger, mais sa conductivité thermique est bien pire que celle du cuivre. Par conséquent, dans l'histoire du développement du radiateur, les matériaux suivants sont apparus:
Radiateur en aluminium pur
Les radiateurs en aluminium pur sont les radiateurs les plus répandus dans les premiers jours. Le processus de fabrication est simple et le coût est faible. Jusqu'à présent, les radiateurs en aluminium pur occupent encore une part considérable du marché. Afin d'augmenter la surface de dissipation thermique des ailettes, la méthode de traitement la plus courante pour les radiateurs en aluminium pur est la technologie d'extrusion de l'aluminium. L'indicateur principal pour évaluer un radiateur en aluminium pur est l'épaisseur de la base du radiateur et le rapport Pin-Fin. Pin désigne la hauteur des ailettes du dissipateur de chaleur et Fin désigne la distance entre deux ailettes adjacentes. Le rapport Pin-Fin correspond à la hauteur de Pin (à l'exclusion de l'épaisseur de la base) divisée par Fin. Plus le rapport Pin-Fin est grand, plus la surface de dissipation thermique du dissipateur thermique est grande, ce qui signifie que la technologie d'extrusion de l'aluminium est plus avancée.
Radiateur en cuivre pur
Le cuivre ayant un coefficient de transfert de chaleur de 1,69 fois celui de l'aluminium, les dissipateurs de chaleur en cuivre pur peuvent retirer la chaleur de la source de chaleur plus rapidement, toutes choses étant égales par ailleurs. Cependant, la texture du cuivre pose problème. La plupart des "radiateurs en cuivre pur" ne sont pas vraiment à 100% en cuivre. Dans la liste du cuivre, le cuivre contenant plus de 99% de cuivre s'appelle du cuivre sans acide. Le cuivre de la catégorie suivante est le cuivre contenant moins de 85% de cuivre. La teneur en cuivre de la plupart des puits de chaleur en cuivre pur sur le marché se situe quelque part entre les deux. Certains radiateurs en cuivre pur de qualité inférieure ne contiennent même pas 85% de cuivre. Bien que le coût soit très bas, leur capacité de transfert de chaleur est fortement réduite, ce qui affecte la dissipation de chaleur. En outre, le cuivre présente également des inconvénients évidents, un coût élevé, un traitement difficile et des dissipateurs de chaleur trop grands empêchent l’utilisation de dissipateurs de chaleur entièrement en cuivre. La dureté du cuivre rouge n’est pas aussi bonne que celle de l’alliage d’aluminium AL6063. Certains traitements mécaniques (tels que le rainurage, etc.) ne sont pas aussi performants que l’aluminium; le cuivre a un point de fusion beaucoup plus élevé que l'aluminium, ce qui ne favorise ni l'extrusion ni d'autres problèmes.
Technologie de collage cuivre-aluminium
Après avoir examiné les faiblesses des deux matériaux, le cuivre et l’aluminium, certains radiateurs haut de gamme du marché utilisent souvent une combinaison de cuivre et d’aluminium. Ces dissipateurs utilisent généralement une base en cuivre, tandis que leurs ailettes utilisent un alliage d’aluminium. En plus de la base de cuivre, il existe également des méthodes telles que l’utilisation d’un poteau en cuivre pour le dissipateur de chaleur, qui est le même principe. Grâce à sa conductivité thermique élevée, le fond en cuivre peut rapidement absorber la chaleur dégagée par la CPU. les ailettes en aluminium peuvent avoir une forme plus favorable à la dissipation de la chaleur grâce à des processus compliqués et offrent un grand espace de stockage de la chaleur et une libération rapide. Un point d'équilibre dans tous les aspects.
Pour améliorer l'efficacité lumineuse et la durée de vie des LED, la résolution du problème de dissipation de chaleur des produits à LED est l'un des problèmes les plus importants à ce stade. Le développement de l'industrie des LED est également axé sur le développement de produits à LED de grande puissance, haute luminosité et petite taille. Le substrat dissipant la chaleur avec une dissipation thermique élevée et une taille précise est également devenu une tendance dans le développement futur des substrats de dissipation de chaleur à LED. Actuellement, le substrat en oxyde d’aluminium est remplacé par un substrat en nitrure d’aluminium. Le procédé de liaison matrice / substrat consistant à remplacer le fil d’or par un procédé eutectique ou à puce retournée est utilisé pour améliorer l’efficacité lumineuse de la LED. Sous cette tendance de développement, la précision de l'alignement du substrat dissipant de la chaleur est extrêmement stricte et il est nécessaire d'avoir une dissipation thermique élevée, une petite taille et une bonne adhérence des lignes métalliques. Par conséquent, un substrat en céramique à couche mince dissipant la chaleur est produit en utilisant une micro-ombre à lumière jaune. Il deviendra l'un des catalyseurs importants pour promouvoir la haute puissance continue de LED.