一 、项目确定的项目目标与任务需求分析
1、项目目标
①LED散热效果达到最佳,延长LED使用寿命。
②减轻LED灯具体积和质量,降低生产成本。
2、任务需求分析为实现如上目标,需完成的任务如下:
①试验、研究关键原材料的性能参数。选择导热系数高的基板材料、粘接材料和密封材料。
②利用热成像技术、热分析技术与试验相结合,研究合理的灯具结构、散热方式、散热工艺。
③使用超声波连接结构,实现大规模机械化生产。
二 、项目目标与任务解决的主要技术难点和问题分析
①如何获得低热阻与低结温。
具有低热阻、良好散热能力以及低机械应力的新式封装结构是LED封装的关键技术。不同的封装结构和材料都需要解决芯片的PN结到外延层、外延层到封装基板、封装基板到冷却装置这3个环节的散热问题。
为解决芯片材料与散热材料之间因热膨胀失配造成电极引线断裂的问题,我公司选用了高导热性的基板材料、粘接材料和密封材料,并对这些材料的配比、成分与热传导性之间的关系反复进行试验分析,得到了热传导性性能、机械强度、出光效率等重要参数,利用参数最佳的材料封装光源,有效地降低了热阻和LED的结温。
②如何保证散热面积的大小与散热成正比。
导热绝缘层是铝基板核心技术之所在,这是LED灯具的第一热传导层,各种铝合金材料根据不同的需要,通过调整配方的成分与比例,可以获得各种不同的特性,适合于不同的应用。导热绝缘层一般由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成,热阻小、粘弹性能优良、具有抗热老化的能力,能够承受机械及热应力。高性能铝基板的导热绝缘层使用了该技术,使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能。
足够的散热面积是LED灯具散热的有效方式之一,但受成本与体积、重量的限制,因此LED灯具的散热方式还要从灯具的结构、散热方式、散热工艺等诸多方面入手。我公司在众多的导热硅脂厂家中严格筛选出导热系数高、化学性能稳定材料供应商;这是LED灯具的第二热传导层。在第二热传导层方面,我公司的LED灯具的传热效率有进一步提高。
③提高灯具配光特性,改善灯具光效;提高电源效率和性能,降低电源发热对灯具产生的温升。
我公司的专业光学结构设计师,利用计算机软件模拟和实际试验,经多次反复试验、测试,掌握了具有自主知识产权的配光结构设计;良好的配光特性,减小了光在灯具内部的来回反射,不仅提高了出光率,也减少了光反射产生的热量。我公司的LED电源,比一般LED灯具中的LED驱动电源的效率提高了5%左右;电源效率的提高,降低了电源内部的功耗,降低了温升,同时也提高了整个灯具的光效。
4灯具的整体散热设计及我公司灯具的散热特点
散热器的整体热阻就是由与LED模块的接触面开始逐层累计而来,吸热底层内部的热传导阻抗是其中的一部分。为了将吸收的热量有效地传导到尽量多的鳍片上,因此还需要吸热底层有较好的横向热传导能力,我们在设计灯具时首先满足吸热底层有足够的厚度,同时考虑LED模块的安装孔位进行加筋,也加强了灯具的整体性和机械强度。
热阻小:为了提升吸热能力,散热片与LED模块须紧密结合,不留任何空隙,压铸出来的表面这是无法实现的。吸热底层与LED模块之间必然存在一定的空隙,如果空隙中是高热阻的空气,就无法得到良好的导热效果,因此,应采用具有较低热阻及较佳适应性的材料填充其中的空隙,这便是导热膏(导热硅脂)。但导热膏的始终有一定热阻,并非真正的解决之道,要想根本上提高散热片吸热底的吸热能力,就必须提高其底面平整度。平整度是通过表面最大落差高度来衡量的,通常散热片的底部稍经处理即可达到0.1mm以下,采用铣床或多道拉丝处理可以达到0.03mm,散热片的吸热底越平整热阻越小,越有利于热量吸收,为弥补缺陷,有必要使用导热硅脂。
散热快。由于我们将LED模块的吸热底层和散热鳍片压铸成一体,即能够将从LED组吸收的热量迅速的传导到鳍片,整个灯体和散热鳍片上部裸露于空中,且鳍片的方向平行于道路,需要散发的热气与气流方向一致,不会因气流而形成涡流而造成热气的滞留,进而由流动的气流顺利带走而散发,以最快是速度将热量散发。散热器部分采用了镂空结构,使产生的热有了“烟囱效应”的循环散热方式,以利于热门的尽快散发。
|