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有機硅導熱材料在LED燈具中的應用

來源:廣州市白云化工實業有限公司  作者:byonline  日期:2019-6-21
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    LED因其具有發光效率高、能耗低、無頻閃、使用壽命長、可控制性強等優點,近年來得到了跨越式發展。目前LED產品已廣泛應用在室內照明、景觀照明、家用電器、戶外顯示、軌道交通、儀器儀表以及工礦隧道等領域。LED的使用壽命是結溫的函數,因此熱管理對于LED的性能至關重要,同時也是LED系統設計最重要的一個方面。LED系統生產商需要通過尋求優化的散熱器、電路板、高效的熱傳導材料和其它先進熱設計技術來應對這一挑戰。

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  LED因其具有發光效率高、能耗低、無頻閃、使用壽命長、可控制性強等優點,近年來得到了跨越式發展。目前LED產品已廣泛應用在室內照明、景觀照明、家用電器、戶外顯示、軌道交通、儀器儀表以及工礦隧道等領域。LED的使用壽命是結溫的函數,因此熱管理對于LED的性能至關重要,同時也是LED系統設計最重要的一個方面。LED系統生產商需要通過尋求優化的散熱器、電路板、高效的熱傳導(詞條“熱傳導”由行業大百科提供)材料和其它先進熱設計技術來應對這一挑戰。

  作為LED熱管理設計方案中的關鍵一環,有機硅導熱材料具有以下優點:1)低表面能,能很好地浸潤大部分材料的表面;2)玻璃化溫度低,能保持良好的柔韌性和非常低的應力;3)適用溫度范圍廣,在高低溫下性能表現穩定,耐候性出色;4)電氣性能良好;5)無腐蝕性,環保無毒;6)產品形式多樣,可以是凝膠也可以作為彈性體;7)流變性和固化性都可以根據需要調整。在LED燈具中,有機硅導熱材料貫穿了熱管理的方方面面。

  (一) 導熱硅脂用于LED基板散熱

  在給定的功率和環境溫度下,LED器件的結溫取決于PN結到外界這一散熱路徑的總熱阻。盡管LED的封裝形式各異(如圖),熱流都不可避免地要通過實體之間的界面。LED光源工作時產生的熱量大部分需要經由LED基板和散熱底座的路徑傳導到外界,由于基板和散熱底座之間存在空隙,需要使用合適的

  熱傳導材料降低基板和散熱底座之間的接觸熱阻。導熱硅脂是一種粘稠的膏狀物,一般以硅油基體,填充氧化鋁氧化鋅、氮化、氮化硼、銀粉等導熱填料后形成的熱界面材料。與導熱墊片和相變導熱材料相比,導熱硅脂導熱系數高,良好的潤濕性能使其能夠更好地填充微細的空隙,在較低的附著壓力下即可得到非常薄的接合厚度,有利于降低LED基板與散熱底座之間的熱阻,從而提升傳熱效率。導熱硅脂的流變性是影響使用性能的重要工藝參數,若粘性太低則容易造成導熱硅脂在使用時發生溢出現象,粘性太高則會增加接觸熱阻及接合厚度。

  (二) 有機硅導熱粘接劑或導熱凝膠用于散熱組裝

  散熱器是LED熱管理方案中的重要組成部分,散熱器擴展了換熱表面,便于LED將內部熱量傳導到

  空氣中。由于散熱器和空氣之間的對流換熱對熱阻影響很大,所以有必要對散熱器的進行優化。散熱器的性能主要取決于材料性質、翅片數量、翅片厚度和基座厚度等參數,在設計時還必須考慮散熱器周圍的空氣流動情況。受架構形式和尺寸限制,在一些散熱器的解決方案中,需要使用有機硅導熱粘接(詞條“粘接”由行業大百科提供)劑或導熱凝膠實現部件之間的可靠連接,以使LED內部熱量順利地傳遞到外界。針對不同的應用需求,通常要求導熱粘接劑對LED大部分基材都具有較好的粘接性,使用時擠出到界面上,固化后可消除不同膨脹系數材料間的應力,并提供一定的接合力,非常適合對熱阻要求不高的復雜散熱系統的粘接和固定。有機硅導熱凝膠主要作為填縫材料使用,能順應接觸表面的不規則性而填補孔隙,使用時既可以采用熱固化成型,也可以直接使用預固化產品進行組裝。由于經過了交聯處理,具有較強的內聚力,因此不會出現類似導熱硅脂的硅油溢出或遷移的問題。

  (三) 有機硅導熱灌封材料用于LED電源模組

  電源模組也是LED系統設計中不可或缺的,據統計,整燈失效中約超過80%的原因是驅動電源的故障。其中電源散熱不良可能造成電子元件的壽命大大縮短,提前失效,致使LED電壓出現故障,燈具失效。尤其是對于內置式電源(放在整燈內的電源),發熱量大的電源會增加整燈的導熱、散熱壓(詞條“熱壓”由行業大百科提供)力,LED的溫度升高,其光效和壽命將大大降低。有機硅導熱灌封材料能在各種工作環境下保持性能,消除沖擊和震動產生的應力。其固化前具有良好的流動性,可滲入元器件的微細空隙中,在高濕、極端溫度、熱循環應力、機械沖擊和震動、霉菌、污垢等惡劣條件下為元器件提供保護,同時幫助元器件將工作時的熱量傳導到散熱器上,保障LED整燈的穩定運行。

  白云化工在LED燈具用有機硅材料領域具有深厚的技術積累和應用經驗,能夠為LED系統生產商提供全面及個性化的熱管理解決方案。

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