L'effet de dissipation thermique de la chambre à vapeur dans la LED
Le principal problème des LED haute puissance est la « chaleur »
Selon le rapport de test du Cree XLamp XR-E, une température inférieure de la LED peut augmenter sa durée de vie et son flux lumineux.
Les données de la puce LED de 40 mil (1 mm²)
Puce 1W : flux thermique proche de 100W/CM²
Puce 3W : flux thermique proche de 300W/CM²
À partir du rapport de test et des données ci-dessus, nous pouvons savoir que le problème de la chaleur des LED est principalement une surchauffe à haute densité thermique (point chaud), plutôt qu'un flux thermique total.
La surchauffe se concentre sur le point chaud, cela affectera la durée de vie et le flux lumineux de la LED.
Comment résoudre le problème de la focalisation de la chaleur sur le point chaud ? Nous avons constaté que les dissipateurs de chaleur à haut rendement peuvent diffuser rapidement la chaleur, évitant ainsi que la chaleur ne se concentre sur les points chauds. Et la chambre à vapeur est une sorte de diffuseur de chaleur qui peut évacuer la chaleur extrêmement rapidement. Son principe de fonctionnement est similaire à celui du caloduc.
Le principe de fonctionnement de la chambre à vapeur
Lechambre à vapeurest une chambre à vide avec une structure intérieure en colonnes, généralement en cuivre.
Lorsque la chaleur est transférée de la source de chaleur à la zone d'évaporation, le liquide de refroidissement dans la chambre commence à se vaporiser après avoir été chauffé dans un environnement à faible vide. À ce moment-là, il absorbe l'énergie thermique et se dilate rapidement, et le refroidissement du gaz remplit rapidement toute la chambre. Lorsque le gaz travaillant entre en contact avec une zone relativement froide, il se condense. La chaleur accumulée lors de l'évaporation est libérée par le phénomène de condensation, et le liquide de refroidissement condensé reviendra à la source de chaleur d'évaporation par le canal capillaire de la microstructure, et cette opération sera répétée dans la chambre.
D’après le principe de fonctionnement de la chambre à vapeur, on sait que :
1. La chambre à vapeur est un produit de conduction thermique bidimensionnel, qui peut théoriquement conduire une grande quantité de chaleur dans une plaque plate bidimensionnelle.
2. La chambre à vapeur peut être utilisée pour les modules d'éclairage.
A : Structure géométrique simple : les formes géométriques sont généralement carrées et rondes.
B : La surface ne se déforme pas facilement : la chambre à vapeur a une tolérance allant jusqu'à 0,2 mm.
C : Lorsque le dissipateur thermique est suffisant, il y aura moins de différence de température. Lorsque le dissipateur thermique dissipe la chaleur, le changement de température sera très faible.
D : La chambre à vapeur ne peut résoudre que le problème du transfert de chaleur, car sa vitesse de transfert de chaleur est très rapide, mais elle doit encore ajouter un dissipateur thermique en aluminium pour réaliser la dissipation thermique.
L'expérience du contraste
Expérience 1-Placez la LED sur un dissipateur thermique en aluminium, éclairez-la pendant 10 minutes, puis soufflez-la avec un ventilateur CC pendant 5 minutes.
(dissipateur thermique en aluminium)
Expérience 2-Placez la LED sur une chambre à vapeur et un dissipateur thermique en aluminium, allumez-la pendant 10 minutes, puis soufflez-la avec un ventilateur CC pendant 5 minutes.
(Chambre à vapeur sur le dissipateur thermique en aluminium)
LED 12W
Résultats de l'expérience infrarouge 1 (utilisez uniquement un dissipateur thermique en aluminium)
1-1 : 58 degrés ,1-2 : 29 degrés ,1-3 : 28,2 degrés
Résultats de l'expérience infrarouge 2 (chambre à vapeur + dissipateur thermique en aluminium)
2-1 : 55,2 degrés ,2-2 : 31,2 degrés ,2-3 : 29,2 degrés
Résumé de l'expérience :
La température de surface de l’expérience 2 est inférieure de 3 degrés à celle de l’expérience 1.
La chambre à vapeur améliore l'effet de transfert de chaleur de la LED.
Résistance thermique 10W
Résultats de l'expérience infrarouge 1 (utilisez uniquement un dissipateur thermique en aluminium)
1-1 : 80,4 degrés 1-2 : 57,6 degrés 1-3 : 55,5 degrés
Résultats de l'expérience infrarouge 2 (chambre à vapeur + dissipateur thermique en aluminium)
2-1 : 67,1 degrés 2-2 : 57,6 degrés 2-3 : 56,2 degrés
Résumé de l'expérience :
La température de surface de la puce dans l'expérience 2 était inférieure à celle de l'expérience 1 13,3 degrés. La chambre à vapeur a amélioré la conduction thermique de la puce et réduit la résistance thermique.
Résistance thermique instantanée de 10 W
Résultats de l'expérience infrarouge 1 (utilisez uniquement un dissipateur thermique en aluminium)
{{0}} : 29,5 degrés 1-2 : 30,0 degrés 1-3 : 30,1 degrés
Résultats de l'expérience infrarouge 2 (chambre à vapeur + dissipateur thermique en aluminium)
2-1 : 31,5 degrés 2-2 : 32,2 degrés 2-3 : 32,2 degrés
Résumé de l'expérience :
L'expérience 2 utilisant une chambre à vapeur est nettement meilleure que l'expérience 1 en termes de température des copeaux et maintient un changement de température de 13-15 oC pour un travail de 1-10 minutes. Cela signifie que l'utilisation d'une chambre à vapeur peut réduire la résistance thermique entre la puce et le dissipateur thermique, peut réduire la température de jonction dans les mêmes conditions de mise sous tension.
Conclusion expérimentale : la chambre à vapeur améliore la conduction thermique de la puce et réduit la résistance thermique
Comment appliquer une chambre à vapeur sur des LED haute puissance ?
Solution A : plusieurs puces LED sont directement scellées et montées sur une chambre à vapeur
Expérience comparative de LED haute puissance (multipuce de 50 W directement soudée à la chambre à vapeur) et (multipuce de 50 W directement soudée à la carte de cuivre)
(Multi-chip 50 W directement soudé à la chambre à vapeur)
(Multipuce 50 W directement soudée à la carte en cuivre)
Données expérimentales
(canal 0~3 : canal de température de la puce 4~5 : température du dissipateur thermique)
La température des copeaux de la chambre à vapeur est inférieure de 30 degrés à celle du panneau de cuivre
La chambre à vapeur peut abaisser la température de la LED. Lorsque le même dissipateur thermique est utilisé pour dissiper la chaleur, il y a une différence de température d'environ 30 degrés.
La chambre à vapeur peut garantir que la température de chaque puce sur la carte est la même. Si la plaque de cuivre est utilisée pour la dissipation thermique, la température de la puce centrale sera beaucoup plus élevée que celle environnante, ce qui affectera la durée de vie de la puce.
Avantages de souder directement les puces LED sur la chambre à vapeur :
1. Réduisez la température de jonction de la puce et prolongez la durée de vie de la puce
2. Peut rendre la puce plus ciblée, ce qui est meilleur pour la conception globale de la lampe
3. Rendre possible le packaging multi-puces haute puissance
Solution B : imprimez le PCB sur la chambre à vapeur et installez la LED sur la chambre à vapeur par SMT (Surface Mount Technology).
Prototype de la série de puces Cree XRE appliqué sur une chambre à vapeur
En utilisant SMT, les données de test de dissipation thermique entre la chambre à vapeur et la plaque d'aluminium
La chambre à vapeur a une dissipation thermique plus uniforme et une conduction plus rapide.
Formant deux tests, on sait que :
La chambre à vapeur peut résister à 170 degrés
La chambre à vapeur n'a aucune limitation de forme
La dissipation thermique de la chambre à vapeur se fait par des trous capillaires
Épaisseur de la chambre à vapeur d'au moins 3 MM
La chambre à vapeur MBTF dépasse 86 400 heures.
La chambre à vapeur peut résister à plus de 200 chocs thermiques de -40 degrés à 110 degrés
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