可簡(jiǎn)化LED散熱的設(shè)計(jì)方案：創(chuàng)新陶瓷

發(fā)光二極管(LED)因受到發(fā)熱問題的制約而妨礙其成為一種理想光源的情況是可以理解的。我們對(duì)散熱器給予了很大關(guān)注，但卻對(duì)LED和散熱表面間的各層和屏障考慮不多。

觀念和材料的改變除可簡(jiǎn)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)外，還可以顯著提高熱管理能力和可靠性。采用陶瓷作為散熱器、電路載體以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一部分不僅需要新思路，還要有克服傳統(tǒng)模式的意愿。

基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的仿真過程支持熱優(yōu)化和產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)。本文將解釋這種理論方法、概念驗(yàn)證以及如何借助陶瓷散熱器最終實(shí)現(xiàn)這些改良。

熱是什么

眾所周知，LED是高能效光源，而且因?yàn)轶w積小深受設(shè)計(jì)師的喜愛。但只有當(dāng)不涉及熱管理時(shí)，它們才可以被真正地稱為“小”。雖然與白熾光源高達(dá)2500℃的工作溫度相比，LED光源溫度要低得多。因此，許多設(shè)計(jì)師最終意識(shí)到散熱是個(gè)不可忽視的問題。盡管LED仍然會(huì)發(fā)熱，但其溫度相對(duì)低一些，因此這不會(huì)有什么大問題。不過，基于半導(dǎo)體器件LED其工作溫度應(yīng)低于100℃。

根據(jù)能量守恒定律，熱(能)必須要被傳送到附近區(qū)域。LED只能工作在25℃環(huán)境溫度和最高100℃之間，溫差范圍僅為75℃。因此，需要一個(gè)較大的散熱表面和非常有效的熱管理。

兩個(gè)優(yōu)化塊

如圖1所示，Group 1是LED本身，大體上仍是不能觸摸。中心位置是LED裸片以及一個(gè)將該裸片與LED底部連接起來的散熱銅條。從熱的角度講，理想方案是將LED裸片直接與散熱器綁定在一起。由于大規(guī)模生產(chǎn)的原因，這一概念在商業(yè)上行不通。我們把LED看作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的“目錄”產(chǎn)品，不能做改動(dòng)。它是個(gè)黑盒子。

圖1 在定義優(yōu)化塊時(shí)，三個(gè)Group構(gòu)建成一個(gè)熱管理系統(tǒng)