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【技术】有机硅导热材料在LED灯具中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-06-24 来源:有机硅微商城 浏览次数:1332
LED因其具有发光效率高、能耗低、无频闪、使用寿命长、可控制性强等优点,近年来得到了跨越式发展。目前LED产品已广泛应用在室内照明、景观照明、家用电器、户外显示、轨道交通、仪器仪表以及工矿隧道等领域。LED的使用寿命是结温的函数,因此热管理对于LED的性能至关重要,同时也是LED系统设计最重要的一个方面。LED系统生产商需要通过寻求优化的散热器、电路板、高效的热传导材料和其它先进热设计技术来应对这一挑战。
 
作为LED热管理设计方案中的关键一环,有机硅导热材料具有以下优点:1)低表面能,能很好地浸润大部分材料的表面;2)玻璃化温度低,能保持良好的柔韧性和非常低的应力;3)适用温度范围广,在高低温下性能表现稳定,耐候性出色;4)电气性能良好;5)无腐蚀性,环保无毒;6)产品形式多样,可以是凝胶也可以作为弹性体;7)流变性和固化性都可以根据需要调整。在LED灯具中,有机硅导热材料贯穿了热管理的方方面面。
 
(一) 导热硅脂用于LED基板散热
在给定的功率和环境温度下,LED器件的结温取决于PN结到外界这一散热路径的总热阻。尽管LED的封装形式各异(如图),热流都不可避免地要通过实体之间的界面。LED光源工作时产生的热量大部分需要经由LED基板和散热底座的路径传导到外界,由于基板和散热底座之间存在空隙,需要使用合适的
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热传导材料降低基板和散热底座之间的接触热阻。导热硅脂是一种粘稠的膏状物,一般以硅油为基体,填充氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、银粉等导热填料后形成的热界面材料。与导热垫片和相变导热材料相比,导热硅脂导热系数高,良好的润湿性能使其能够更好地填充微细的空隙,在较低的附着压力下即可得到非常薄的接合厚度,有利于降低LED基板与散热底座之间的热阻,从而提升传热效率。导热硅脂的流变性是影响使用性能的重要工艺参数,若粘性太低则容易造成导热硅脂在使用时发生溢出现象,粘性太高则会增加接触热阻及接合厚度。
 
(二) 有机硅导热粘接剂或导热凝胶用于散热组装
散热器是LED热管理方案中的重要组成部分,散热器扩展了换热表面,便于LED将内部热量传导到
  
空气中。由于散热器和空气之间的对流换热对热阻影响很大,所以有必要对散热器的进行优化。散热器的性能主要取决于材料性质、翅片数量、翅片厚度和基座厚度等参数,在设计时还必须考虑散热器周围的空气流动情况。受架构形式和尺寸限制,在一些散热器的解决方案中,需要使用有机硅导热粘接剂或导热凝胶实现部件之间的可靠连接,以使LED内部热量顺利地传递到外界。针对不同的应用需求,通常要求导热粘接剂对LED大部分基材都具有较好的粘接性,使用时挤出到界面上,固化后可消除不同膨胀系数材料间的应力,并提供一定的接合力,非常适合对热阻要求不高的复杂散热系统的粘接和固定。有机硅导热凝胶主要作为填缝材料使用,能顺应接触表面的不规则性而填补孔隙,使用时既可以采用热固化成型,也可以直接使用预固化产品进行组装。由于经过了交联处理,具有较强的内聚力,因此不会出现类似导热硅脂的硅油溢出或迁移的问题。
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(三) 有机硅导热灌封材料用于LED电源模组
电源模组也是LED系统设计中不可或缺的,据统计,整灯失效中约超过80%的原因是驱动电源的故障。其中电源散热不良可能造成电子元件的寿命大大缩短,提前失效,致使LED电压出现故障,灯具失效。尤其是对于内置式电源(放在整灯内的电源),发热量大的电源会增加整灯的导热、散热压力,LED的温度升高,其光效和寿命将大大降低。有机硅导热灌封材料能在各种工作环境下保持性能,消除冲击和震动产生的应力。其固化前具有良好的流动性,可渗入元器件的微細空隙中,在高湿、极端温度、热循环应力、机械冲击和震动、霉菌、污垢等恶劣条件下为元器件提供保护,同时帮助元器件将工作时的热量传导到散热器上,保障LED整灯的稳定运行。

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白云化工在LED灯具用有机硅材料领域具有深厚的技术积累和应用经验,能够为LED系统生产商提供全面及个性化的热管理解决方案。

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