Der Wärmeableitungseffekt der Dampfkammer in der LED

Das Hauptproblem der Hochleistungs-LED - ist"Hitze"

Laut dem Testbericht von Cree XLamp XR - E kann eine niedrigere LED-Temperatur die Lebensdauer und den Lichtstrom erhöhen.

The data of 40mil (1 mm²) LED chip

1W chip: heat flux close to 100W/CM²

3W chip: heat flux close to 300W/CM²

Aus dem obigen Testbericht und den Daten können wir erkennen, dass das Problem der geführten Wärme hauptsächlich eine Überhitzung durch hohe Wärmedichte (Hot Spot) und nicht der gesamte Wärmefluss ist.

Eine Überhitzung konzentriert sich auf den Hotspot und beeinträchtigt die Lebensdauer und den Lichtstrom der LED.

Wie kann das Problem des Hitzefokus auf den Hotspot gelöst werden? Wir haben festgestellt, dass hocheffiziente Heatspreader - Wärme schnell verteilen können, wodurch vermieden wird, dass sich die Wärme auf die heißen Stellen konzentriert. Und die Dampfkammer ist eine Art Wärmediffusor, der die Hitze extrem schnell abführen kann. Das Funktionsprinzip ähnelt dem der Heatpipe.

Das Arbeitsprinzip der Dampfkammer

Die Dampfkammer ist eine Vakuumkammer mit einer säulenförmigen Innenstruktur, die normalerweise aus Kupfer besteht. Wenn die Wärme von der Wärmequelle zur Verdampfungszone übertragen wird, beginnt die Kühlflüssigkeit in der Kammer zu verdampfen, nachdem sie in einer Umgebung mit niedrigem Vakuum erhitzt wurde. Zu diesem Zeitpunkt absorbiert es Wärmeenergie und dehnt sich schnell aus, und die Abkühlung im Gas füllt schnell die gesamte Kammer. Wenn das Arbeitsgas mit einem relativ kalten Bereich in Kontakt kommt, kondensiert es. Die während der Verdampfung angesammelte Wärme wird durch das Kondensationsphänomen freigesetzt, und die kondensierte Kühlflüssigkeit kehrt durch den Kapillarkanal der Mikrostruktur zur Verdampfungswärmequelle zurück, und dieser Vorgang wird in der Kammer wiederholt.

Nach dem Arbeitsprinzip der Dampfkammer wissen wir, dass:

1. Die Dampfkammer ist ein zweidimensionales Wärmeleitungsprodukt, das theoretisch eine große Wärmemenge in einer zweidimensionalen flachen Platte - leiten kann.

2. Die Dampfkammer kann für Beleuchtungsmodule verwendet werden.

A: Einfache geometrische Struktur - Die geometrischen Formen sind im Allgemeinen quadratisch und rund

B: Die Oberfläche lässt sich nicht leicht verformen. - Die Dampfkammer hat eine Toleranz von bis zu 0,2 mm.

C: Wenn der Kühlkörper ausreichend ist, gibt es weniger Temperaturunterschied -, wenn der Kühlkörper die Wärme ableitet, wird die Temperaturänderung sehr gering sein.

D: Dampfkammer kann nur das Problem der Wärmeübertragung lösen, da ihre Wärmeübertragungsgeschwindigkeit sehr schnell ist, aber es muss dennoch ein Aluminiumkühlkörper hinzugefügt werden, um die Wärmeableitung zu erreichen.

Das Kontrastexperiment

Experiment 1 - Platzieren Sie die LED auf einem Aluminiumkühlkörper, leuchten Sie sie 10 Minuten lang und blasen Sie sie dann 5 Minuten lang mit einem Gleichstromlüfter durch.

(Aluminium-Kühlkörper)

Experiment 2 - Platzieren Sie die LED auf einer Dampfkammer und einem Aluminiumkühlkörper, leuchten Sie sie 10 Minuten lang und blasen Sie sie dann 5 Minuten lang mit einem Gleichstromlüfter.

(Dampfkammer auf dem Aluminiumkühlkörper)

12W-LED

Ergebnisse Infrarot-Experiment 1 (nur Aluminium-Kühlkörper verwenden)

1 - 1: 58 Grad, 1 - 2: 29 Grad, 1 - 3: 28,2 Grad

Ergebnisse Infrarot-Experiment 2 (Vapor Chamber + Alu-Kühlkörper)

2 - 1: 55,2 Grad, 2 - 2: 31,2 Grad, 2 - 3: 29,2 Grad

Zusammenfassung des Experiments:

Die Oberflächentemperatur von Experiment 2 ist 3 Grad niedriger als die von Experiment 1.

Die Dampfkammer verstärkt den Wärmeübertragungseffekt der LED.

10 W Wärmewiderstand

Ergebnisse Infrarot-Experiment 1 (nur Aluminium-Kühlkörper verwenden)

1 - 1 : 80,4 Grad 1 - 2 : 57,6 Grad 1 - 3 : 55,5 Grad

Ergebnisse Infrarot-Experiment 2 (Vapor Chamber + Alu-Kühlkörper)

2 - 1 : 67,1 Grad 2 - 2 : 57,6 Grad 2 - 3 : 56,2 Grad

Zusammenfassung des Experiments:

Die Oberflächentemperatur des Chips in Experiment 2 war niedriger als die in Experiment 1 13,3 Grad. Die Dampfkammer verbesserte die Wärmeleitung des Chips und verringerte den thermischen Widerstand.

10W sofortiger thermischer Widerstand

Ergebnisse Infrarot-Experiment 1 (nur Aluminium-Kühlkörper verwenden)

1 - 1: 29,5 Grad 1 - 2 :30,0 Grad 1 - 3 : 30,1 Grad

Ergebnisse Infrarot-Experiment 2 (Vapor Chamber + Alu-Kühlkörper)

2 - 1 : 31,5 Grad 2 - 2 : 32,2 Grad 2 - 3 : 32,2 Grad

Zusammenfassung des Experiments:

Experiment 2 unter Verwendung einer Dampfkammer ist deutlich besser als Experiment 1 in Bezug auf die Chiptemperatur und hält eine Temperaturänderung von 13 - 15 ℃ für das Arbeiten bei 1 - 10 Minuten aufrecht. Dies bedeutet, dass die Verwendung einer Dampfkammer den Wärmewiderstand zwischen dem Chip und dem Kühlkörper reduzieren kann, kann die Temperatur der Sperrschichttemperatur unter der gleichen Bedingung - reduzieren.

Experimentelles Fazit: Die Dampfkammer verbessert die Wärmeleitung des Chips und verringert den Wärmewiderstand

Wie wendet man eine Dampfkammer auf die Hochleistungs-LED - an?

Lösung A: Mehrere LED-Chips werden direkt versiegelt und auf der Dampfkammer montiert

Vergleichsexperiment mit Hochleistungs-LED - (50 W Multi---Chip direkt auf die Dampfkammer gelötet) und (50 W Multi---Chip direkt auf die Kupferplatine gelötet)

(50W Multi - Chip direkt an die Dampfkammer gelötet)

(50W Multi - Chip direkt auf die Kupferplatine gelötet)

Versuchsdaten

(Kanal 0~3: Chiptemperatur Kanal 4~5: Kühlkörpertemperatur)

Die Chiptemperatur der Dampfkammer ist 30 Grad niedriger als die der Kupferplatine

Die Dampfkammer kann die Temperatur der LED senken. Wenn derselbe Kühlkörper zur Wärmeableitung verwendet wird, entsteht ein Temperaturunterschied von etwa 30 Grad.

Die Dampfkammer kann sicherstellen, dass die Temperatur jedes Chips auf der Platine gleich ist. Wenn die Kupferplatte zur Wärmeableitung verwendet wird, ist die Temperatur des mittleren Chips viel höher als die der umgebenden, was sich auf die Lebensdauer des Chips auswirkt.

Vorteile des direkten Lötens von LED-Chips auf der Dampfkammer:

1. Reduzieren Sie die Sperrschichttemperatur des Chips und verlängern Sie die Lebensdauer des Chips

2. Kann den Chip stärker fokussieren, was für das Gesamtdesign der Lampe besser ist

3. Machen Sie Multi---Chip-Packaging mit hoher Leistung möglich

Lösung B: Drucken Sie die Leiterplatte auf der Dampfkammer und installieren Sie die LED auf der Dampfkammer durch SMT (Surface Mount Technology).

Prototyp der Cree XRE-Chipserie, angewendet auf Dampfkammer

Unter Verwendung von SMT die Testdaten der Wärmeableitung zwischen Dampfkammer und Aluminiumplatte

Die Dampfkammer hat eine gleichmäßigere Wärmeableitung und eine schnellere Leitung.

Aus zwei Tests wissen wir, dass:

Die Dampfkammer kann 170 Grad standhalten

Die Dampfkammer hat keine Formbeschränkung

Die Wärmeableitung der Dampfkammer erfolgt durch Kapillarlöcher

Dicke der Dampfkammer mindestens 3 mm

Die MBTF der Dampfkammer überschreitet 86.400 Stunden.

Die Dampfkammer kann mehr als 200 Temperaturschocks von - 40 Grad bis 110 Grad standhalten

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