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LED散热技术之二:散热材料

发布时间:2015-09-17    访问:1158

散热是影响LED照明灯具照明强度的一个主要因素。LED照明灯具比传统的白炽灯能效高80%,但是其LED组件和驱动器电路散热量很大。如果这些热量没有适当的排放出去,LED照明灯具的发光度和寿命将会急剧下降。  解决LED散热技术问题上在上一篇文章《LED散热技术之散热方式》做了阐述,在使用主动冷却技术来解决LED灯具组件释放的热量之外,还要在散热材料下功夫。

下面来看一组数据:

热传导系数 (单位: W/mK)

银 429

铜 401

金 317

铝 237

铁 80

铅 34.8

1070 型铝合金 226

1050型铝合金 209

6063 型铝合金 201

6061型铝合金 155

一般说来,普通风冷散热器自然要选择金属作为散热器的材料。对所选用的材料,希望其同时具有高比热和高热传导系数,从上可以看出,银和铜是最好的导热材料,其次是金和铝。但是金、银太过昂贵,所以,目前散热片主要由铝和铜制成。相比较而言,铜和铝合金二者同时各有其优缺点:铜的导热性好,但价格较贵,加工难度较高,重量过大,且铜制散热器热容量较小,而且容易氧化。另一方面纯铝太软,不能直接使用,都是使用的铝合金才能提供足够的硬度,铝合金的优点是价格低廉,重量轻,但导热性比铜就要差很多。所以在散热器的发展史上也出现了以下几种材质的产品:

纯铝散热器

纯铝散热器是早期最为常见的散热器,其制造工艺简单,成本低,到目前为止,纯铝散热器仍然占据着相当一部分市场。为增加其鳍片的散热面积,纯铝散热器最常用的加工手段是铝挤压技术,而评价一款纯铝散热器的主要指标是散热器底座的厚度和Pin-Fin 比。Pin是指散热片的鳍片的高度,Fin 是指相邻的两枚鳍片之间的距离。Pin-Fin 比是用Pin 的高度(不含底座厚度)除以Fin,Pin-Fin 比越大意味着散热器的有效散热面积越大,代表铝挤压技术越先进。

纯铜散热器

铜的热传导系数是铝的1.69 倍,所以在其他条件相同的前提下,纯铜散热器能够更快地将热量从热源中带走。不过铜的质地是个问题,很多标榜“纯铜散热器”其实并非是真正的100%的铜。在铜的列表中,含铜量超过99%的被称为无酸素铜,下一个档次的铜为含铜量为85%以下的丹铜。目前市场上大多数的纯铜散热器的含铜量都在介于两者之间。而一些劣质纯铜散热器的含铜量甚至连85%都不到,虽然成本很低,但其热传导能力大大降低,影响了散热性。此外,铜也有明显的缺点,成本高,加工难,散热器质量太大都阻碍了全铜散热片的应用。红铜的硬度不如铝合金AL6063,某些机械加工(如剖沟等)性能不如铝;铜的熔点比铝高很多,不利于挤压成形( Extrusion )等等问题。

铜铝结合技术

在考虑了铜和铝这两种材质各自的缺点后,目前市场部分高端散热器往往采用铜铝结合制造工艺,这些散热片通常都采用铜金属底座,而散热鳍片则采用铝合金,当然,除了铜底,也有散热片使用铜柱等方法,也是相同的原理。凭借较高的导热系数,铜制底面可以快速吸收CPU释放的热量;铝制鳍片可以借助复杂的工艺手段制成最有利于散热的形状,并提供较大的储热空间并快速释放,这在各方面找到了的一个均衡点。

要提升LED发光效率与使用寿命,解决LED产品散热问题即为现阶段最重要的课题之一,LED产业的发展亦是以高功率、高亮度、小尺寸LED产品为其发展重点,因此,提供具 有其高散热性,精密尺寸的散热基板,也成为未来在LED散热基板发展的趋势。现阶段以氮化铝基板取代氧化铝基板,或是以共晶或覆晶制程取代打金线的晶粒/基板结合方式来达到 提升LED发光效率为开发主流。在此发展趋势下,对散热基板本身的线路对位精确度要求极为严苛,且需具有高散热性、小尺寸、金属线路附着性佳等特色,因此,利用黄光微影制作薄膜陶瓷散热基板,将成为促进LED不断往高功率提升的重要触媒之一。

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