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高集成度大功率LED液体金属散热器

文章来源:  |  发布时间:2012-10-09  |  【打印】 【关闭

项目简介

近年来,随着能源危机的加剧,以及城市建设和电子信息产业的高速发展,LED光源因其色性好、节能、响应速度快、允许频繁开关、低压直流供电、使用寿命长、结构坚固耐冲击振动、重量轻、使用原材料不含有毒物质、安全环保等优异特性,成为具有大规模推广价值、节能意义重大的照明器,它们不仅可广泛用于影视灯光、大型广告显示屏、交通信号指示灯、城市高速公路/隧道及重点建筑夜景照明等领域,而且正迅速成为汽车信号指示灯的标准配置,在汽车使用周期内无需更换。以上相应产品的研制和生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。

然而,LED虽被称为冷光源,但在电流经过半导体的pn结时,只有小部分电能转换为光能,其余大部分电能仍然转化为热量。早期使用的LED,其输入功率大多在100毫瓦以下,因而单个使用时散热不成问题。近年来,功率0.53W的照明级LED逐渐用于手电筒、交通信号灯、小功率照明灯等,随着功率的上升及集成度的提高,已经需要对散热加以仔细设计。

一般照明中,LED功率增加到上百瓦甚至数百瓦,需要将大量的LED 放置在一个模组中即组成高功率密度的LED,才能达到所需要的亮度,这种高功率密度高亮度照明LED 将会引起严重的发热问题。目前LED 灯的发光效率仅能达到10%20%,这是因为其80%90%的能量转化成了热能。随着LED产品功率密度和封装密度的提高,这将会引起芯片内部热量聚集,导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。

大功率高密度LED在工作时产生的巨大而且集中的热量,传统的风冷、水冷甚至热管等均难以应付过高的热流密度。所以,针对这一散热瓶颈,世界各国一直在寻求新的解决方案,但进展缓慢。正因如此,国内外市场上少有成型的大功率LED产品问世。

    中国科学院所属单位利用首创的液体金属散热技术,成功研制出可对高集成度大功率LED实施高效冷却的装置,在高集成度大功率LED散热研究上取得重要进展。开发出系列在高功率LED 器件领域内有着广泛用途的先进液体金属芯片热管理技术。新的技术将以显著高于传统流动工质(如空气、水、有机溶液或更多功能流体)的热传输能力,最大限度地解决了高热流密度芯片的热管理难题。其中主要技术指标为:(1)所实现的液态金属散热器的散热密度高于300W/cm2;(2)功耗≤5W;(3)工作环境温度-20℃~+40℃;(4)器件工作寿命≥10000h。此外,由此研制成的散热器十分紧凑,是大功率LED热管理的理想解决方案。

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