先進設備による効率的な生産初期のシングルチップLEDは、それほど強力ではなく、発熱が少なく、熱的な問題もほとんどなかったため、パッケージは比較的シンプルでした。 しかし、近年のLED材料技術の継続的な進歩により、LEDのパッケージング技術も変化しました。 初期のシングルチップガンタイプのパッケージから、フラットで大面積のマルチチップパッケージモジュールへと徐々に発展してきました。 その動作電流は初期の20mAからです。 左右の低出力LEDは、現在の約1/3〜1Aの高出力LEDに進化しています。 1個のLEDの入力電力は1W以上と高く、3Wと5Wのパッケージモードでさえも進化しています。
高輝度および高出力LEDシステムによって引き起こされる熱の問題は製品の機能に影響を与えるための鍵となるので、LED部品から発生する熱を周囲の環境に素早く放出するためには、まずはじめに必要です。パッケージレベルの熱管理（L1＆L2）。 現在のところ、業界の慣行は、ヒートスプレッダ上のＬＥＤチップをハンダまたはサーマルペーストでハンダ付けすることによって、ヒートスプレッダを通るパッケージモジュールの熱インピーダンスを低減することである。
ミニプロジェクター、自動車および照明源などの多くの端末用途は、所与の領域に対して千ルーメンまたは数万ルーメン以上を必要とする。 シングルチップパッケージモジュールは明らかに不十分です。 マルチチップＬＥＤパッケージに進み、チップを基板に直接接合することは将来の開発動向である。
放熱問題は、照明対象物用のＬＥＤの開発における主な障害である。 セラミックまたはヒートパイプの使用は過熱を防ぐための効果的な方法です。 しかしながら、熱管理解決策は材料費を増大させる。 高出力LED熱管理設計の目的は、Rジャンクション - ケースを効果的に減らすことです。チップからの熱放散を提供し、低い熱抵抗を提供しながら高い伝導性を提供し、熱を直接伝達することを可能にします。チップからダイアタッチまたはホットメタル方式で。 パッケージハウジングの外側。
もちろん、LEDの放熱部品はCPUの放熱部品と似ています。 それらは主に、ヒートシンク、ヒートパイプ、ファン、および熱伝導材料からなる空冷式モジュールです。 もちろん、水冷も熱対策の一つです。 現在最もホットな大型LED TVバックライトモジュールでは、40インチと46インチのLEDバックライトはそれぞれ470Wと550Wの入力電力を持ち、その80％が熱に変換され、必要な放熱は約360Wと440Wです。とか、ぐらい。
それで、どのようにこの熱を奪うのですか？ 現在、業界では冷却のための水冷方法がありますが、高い単価と信頼性については疑問があります。 冷却のためにヒートシンクおよびファンを有するヒートパイプを使用することもまた有用である。
放熱方法
一般に、ヒートシンクは、ヒートシンクからの熱の除去方法によって、アクティブヒートシンクとパッシブヒートシンクに分けられます。 いわゆる受動的な放熱は、熱源LED光源の熱がヒートシンクを介して自然に空気中に放射されることを意味し、放熱効果はヒートシンクのサイズに比例しますが、自然の熱のためです。散逸、効果はもちろん大幅に減少し、そしてそれらの宇宙空間でしばしば使用されます。 不要な機器、または発熱の少ないコンポーネントの放熱に使用される機器。 例えば、いくつかの人気のあるマザーボードもノースブリッジで受動的な熱放散を採用しています。 それらのほとんどは能動的な放熱を採用しています。 能動的な熱放散はファンのようなヒートシンクによって強制されます。 ヒートシンクから放出された熱は取り除かれます。これは、高い放熱効率と小型のデバイスによって特徴付けられます。
熱放散方法から細分される能動的熱放散は、空冷、液体冷却、ヒートパイプ冷却、半導体冷却、化学的冷却などに分類することができる。
空冷空冷熱は最も一般的な熱放散の形態であり、それと比較して、それはまたより安い方法です。 空冷は基本的にヒートシンクで吸収された熱を奪うファンです。 それは比較的低価格および便利な取付けの利点があります。 ただし、温度の上昇や過熱性能など、環境に大きく依存します。
液体冷却
液体冷却熱は、ポンプの駆動下でポンプによってラジエータの熱を循環して循環させる。 空冷と比較して、静粛性、安定した温度安定性、そして環境への依存度が低いという利点があります。 液体冷却の価格は比較的高く、設置は比較的面倒です。 同時に、最良の放熱を得るために、指示の指示に従ってできるだけそれをインストールしてください。 コストおよび使用の容易さのために、液体冷却熱放散は通常熱伝達液体として水を使用するので、液体冷却ヒートシンクはしばしば水冷却ヒートシンクと呼ばれる。
ヒートパイプ
ヒートパイプは、熱伝導の原理と冷媒媒体の急速な熱伝達特性を十分に利用し、完全に密閉された真空管内の液体の蒸発と凝縮によって熱を伝達する伝熱要素に属し、非常に高い熱伝導率と良好な等温温度。 高温側と低温側の両側の伝熱面積を任意に変更することができ、熱伝達を長距離にすること、温度を制御することなどができ、ヒートパイプからなる熱交換器は高い熱伝達効率を有する。 、コンパクトな構造、小さな流体抵抗などの利点。 その熱伝導率は、既知の金属の熱伝導率をはるかに超えています。
半導体冷凍
半導体冷凍は、特別な半導体冷凍チップを使用して、通電時に冷却用の温度差を発生させます。 高温端での熱を効果的に放散することができる限り、低温端は連続的に冷却される。 各半導体粒子には温度差が生じ、このような粒子を数十個直列に接続して冷媒シートの両面に温度差を形成して冷却シートを形成する。 この温度差現象を利用することで、空冷／水冷を用いて高温端部を冷却することができ、優れた放熱効果を得ることができる。 半導体冷却は、低い冷却温度および高い信頼性という利点を有する。 冷たい表面温度は10°C未満に達する可能性がありますが、コストが高すぎ、低温のために短絡を引き起こす可能性があります。 今半導体冷凍フィルムのプロセスは十分に成熟していません。 実用的です。
化学冷凍
いわゆる化学冷凍は、温度を下げるために溶融中に大量の熱を吸収するためにそれらを使用するいくつかの超低温化学物質の使用です。 これに関してはドライアイスと液体窒素を使用することがより一般的である。 たとえば、ドライアイスを使用すると温度がマイナス20°C以下に低下することがありますが、当然のことながら、 "理論的には" CPUの温度をマイナス100°C以下に低下させるために液体窒素を使用します。そして短期間、この方法は実験室または極端なオーバークロック愛好家でより一般的です。
材料選択
熱伝達率（単位：W / mK）
シルバー429
銅401
ゴールド317
アルミ237
アイアン80
リード34.8
1070アルミ合金226
1050アルミニウム合金209
6063型アルミ合金201
6061型アルミ合金155
一般に、通常の空冷ラジエーターは自然にラジエーターの材料として金属を選びます。 選択された材料については、高い比熱と高い熱伝導率の両方を有することが望ましい。 上記から、銀と銅が最良の熱材料であり、次に金とアルミニウムがそれに続きます。 しかし、金と銀は高すぎるので、現在のヒートシンクは主にアルミニウムと銅でできています。 比較すると、銅とアルミニウム合金の両方にそれ自身の長所と短所があります。銅は良好な熱伝導率を持ちますが、価格は比較的高価で、加工は難しく、重量が大きすぎ、そして銅ヒートシンクの熱容量は小さいですそして、それは酸化しやすいです。 。 一方、純アルミニウムは柔らかすぎて直接使用することができません。 使用されるアルミニウム合金は十分な硬度を提供することができる。 アルミニウム合金の利点は、それが安価で軽量であるということですが、熱伝導率は銅よりもはるかに悪いです。 それ故、ラジエータの開発の歴史において、以下の材料が現れた。
純アルミニウムラジエーター
純アルミニウム製ラジエータは、初期の頃には最も一般的なラジエータです。 製造工程は簡単で、費用は低いです。 これまでのところ、純アルミニウム製ラジエータは依然として市場のかなりの部分を占めています。 フィンの放熱面積を増やすために、純アルミニウム製ラジエータの最も一般的な加工方法はアルミニウム押出し技術です。純アルミニウム製ラジエータを評価するための主な指標は、ラジエータベースの厚さとPin-Fin比です。 Pinはヒートシンクのフィンの高さを表し、Finは2つの隣接するフィン間の距離を表します。 Pin-Fin比は、Pinの高さ（ベースの厚さを除く）をFinで割ったものです。 Pin-Fin比が大きいほど、ヒートシンクの有効放熱面積が大きいことを意味します。これは、アルミニウム押出技術がより高度であることを意味します。
純銅ラジエーター
銅の熱伝達率はアルミニウムの1.69倍なので、純銅製のヒートシンクでは熱源からの熱をよりすばやく除去できますが、それ以外はすべて同じです。 しかしながら、銅の組織は問題である。 「純銅ラジエーター」の多くは、実際には100％銅ではありません。 銅のリストでは、99％を超える銅は無酸銅と呼ばれ、次のグレードの銅は85％未満の銅を含む銅です。 今日市場に出ているほとんどの純銅製ヒートシンクの銅含有量は、その中間のどこかにあります。 いくつかの劣った純粋な銅のラジエーターは85％の銅さえ含んでいません。 コストは非常に低いですが、それらの熱伝達容量は大幅に減少し、それは放熱に影響を与えます。 さらに、銅には明らかな欠点、高コスト、加工が困難であり、大きすぎるヒートシンクは全銅ヒートシンクの適用を妨げます。 赤銅の硬さはアルミニウム合金AL6063のそれほど良くありません。 一部の機械加工（溝加工など）は、アルミニウムほど良くありません。 銅はアルミニウムよりもはるかに高い融点を有しており、これは押出しおよび他の問題を助長しない。
銅 - アルミニウム接合技術
銅とアルミニウムの2つの材料の欠点を考慮した後、市場のいくつかのハイエンドヒートシンクは銅とアルミニウムの組み合わせを使用することがよくあります。 ヒートシンクフィンはアルミニウム合金を使用しながら、これらのヒートシンクは通常銅金属ベースを使用しています。 銅ベース以外にも、ヒートシンクに銅ポストを使用するなどの方法もありますが、これは同じ原理です。 熱伝導率が高いと、銅の底部がCPUから放出される熱を素早く吸収することができます。 アルミニウムフィンは、複雑な工程によって放熱に最も適した形状にすることができ、大きな蓄熱スペースと迅速な解放を提供する。 あらゆる点でバランスの取れたポイント。
LEDの発光効率と寿命を向上させるためには、LED製品の放熱問題を解決することがこの段階で最も重要な問題の1つです。 LED産業の発展はまた、高出力、高輝度および小型LED製品の開発にも焦点を当てています。 高い放熱性および正確なサイズを有する放熱基板もまた、ＬＥＤ放熱基板の将来の開発における傾向となっている。 現在、酸化アルミニウム基板は窒化アルミニウム基板に置き換えられているか、または金ワイヤを共晶またはフリップチッププロセスによって置き換えるダイ／基板接合方法がＬＥＤの発光効率を改善するために使用されている。 この開発動向の下では、放熱基板自体の位置合わせ精度は極めて厳しく、放熱性が高く、小型であり、かつ金属線の密着性が高いことが要求される。 そのため、黄色光マイクロシャドウを用いて薄膜セラミック放熱基板を製造する。 それはLEDの継続的な高出力を促進するための重要な触媒の1つになるでしょう。