從LED裝配結構問題談熱磁子散熱材料理論

一、問題的提出 　　現(xiàn)有LED裝配結構問題： 　　1.基本上是1WLED/珠，無緊固裝置，需用低導熱系數(shù)但粘接力很大的硅膠固定。不能將LED熱迅速傳到鋁基PCB板上。 　　2.1W/珠LED需用數(shù)十--百珠以上，鋁基板面積很大，用1.5—4W/M.K導熱膠與散熱器粘接，導熱能力不足。 　　而且因鋁基PCB面積龐大，變形是必然的，接觸面因而減小，造成接觸熱阻增大。 　　以上幾種原因，形成LED熱流不暢，熱積累不能釋效放，熱阻力增大，溫升升高。 圖一不良LED裝配圖件 　　二、熱磁子散熱材料理論 　　從晶格格波的聲子理論可知，熱傳導過程------聲子從高濃度區(qū)域到低濃度區(qū)域的擴散過程。是以非簡諧振動方式運動的。傳熱僅涉及物質內部碰撞或擴散的速度。因此，從一定程度上，散熱快的物質，傳熱速度不一定快，傳熱快的物質，散熱速度不一定快。 圖二 熱聲子在材料內部傳熱過程圖 　　物質散熱表征的本質指標是比熱容； 　　比熱容指標本質是物質晶體以簡諧振動的熱運動方式運動。這種運動方式具有波的形式，稱為晶格波，是在彈性范圍內原子的不斷交替聚攏與分離。比熱越大，熱發(fā)射強度越大，晶格振動是量子化的。 　　固體熱容由兩部分組成：一部分來自晶格振動的貢獻，稱為晶格熱容；另一部分來自電子運動的貢獻，稱為電子熱容。除非在極低溫度下，電子熱容是很小的（常溫下只有晶格熱容的1％）。這里我們只討論晶格熱容。 　　散熱不僅涉及到物質內部波的運動，而且還涉及到與介質熱交換的波的頻率。更豐富的頻域電磁波。 　　根據(jù)以上原理，我們利用純鋁為基材，采用量子調控技術，加入熱運動簡諧振動頻率高的聲子晶體材料，并加入扼制非筒諧運動的聲子材料，制成比熱容高，熱平衡速度快，與空氣熱交換頻率高的高效散熱材料。 　　Debye（1912）修正了原子是獨立諧振子的概念，而考慮晶格的集體振動模式，他假設晶體是連續(xù)彈性介質，原子的熱運動以彈性波的形式發(fā)生，每一個彈性波振動模式等價于一個諧振子，能量是量子化的，并規(guī)定了一個 彈性波頻率上限 ，稱之為德拜頻率。 　　Einstein 模型和 Debye 模型都是對晶格振動的一種近似描述，它使我們對晶格振動的基本特征有了更加清晰的認識：在簡諧近似下，可以用相互獨立簡諧波來表述；這些簡諧波能量是量子化的。描述晶體原子運動簡諧波的能量量子叫聲子。根據(jù)以上原理，我們利用純鋁為基材，采用量子調控技術，加入熱運動簡諧振動頻率高的聲子材料，并加入扼制非筒諧運動的聲子材料，制成比熱容高，熱平衡速度快，與空氣熱交換頻率高的高效散熱材料。 　　因有聲子的高頻運動，產生了交變電磁波(磁子)，熱能轉換成電磁能向空間輻射。最明顯的是用電子測溫汁測溫，因表面有高頻交變磁場，測溫測不準。必須使用頻域很寬的熱探頭或使用遠紅外溫度測試儀測溫。 　　根據(jù)以上原理，我們利用純鋁為基材，采用量子調控技術，加入熱運動簡諧振動頻率高的聲子晶體材料，并加入扼制非筒諧運動的聲子材料，制成比熱容高，熱平衡速度快，與空氣熱交換頻率高的高效散熱材料。在組方中，加入溫度范圍更寬的熱電波轉換材料，用來將熱轉換成頻域更寬的電磁波向空間發(fā)射。 　　也可以用技術手段加速熱流運動的頻率，就象加速電流運動頻率一樣，進行主動散熱 　　高頻磁子散熱鋁的基本散熱原理：利用熱運動簡諧振動頻率高的聲子材料，并加入扼制非筒諧運動的聲子材料，制成比熱容高，熱平衡速度快，與空氣熱交換頻率高的高效散熱材料。熱能轉換成電磁能(磁子)向空間輻射散熱。  　　熱能轉換電磁波(磁子)頻域寬,熱上升平衡時間與斷熱下降平衡時間短，為5-6分鐘，而傳統(tǒng)鋁為30-40分鐘。最具優(yōu)勢的是：因散熱速度快，靠近熱源端溫度低于遠離物源端5-10℃。 圖四 熱磁子復合材料熱均勻傳遞圖 　　三小結: 　　LED散熱是聲子,熱子,光子,磁子熱能量量子(準粒子)綜合運動的結果。其中聲子是以準諧振方式(波的形式)進行散熱主運動，是在物質的內部。是典型微運動。聲子運動頻率越快，與介質交換的速度越快，散熱效率越高。 　　愛因斯坦、德拜只研究了物質內部熱動規(guī)律，而沒有觸及物質內部熱與外部熱作什么樣的熱能量交換。 　　提高物質散熱運動效率的方法: 　　1.運用聲子運動頻率快的物質。 　　2.運動主動技術手段，使聲子可以主動加快運動，就象電磁運動加快電流運動頻率一樣方便。 　　熱子是熱能近距離向空間(或介質)幅射散熱的主要方式，其表現(xiàn)形式為宏觀，是聲子將其運動到表面區(qū)域，更多的熱能積聚在物質表面。在傳熱表面附著熱發(fā)射率高物質，能加速熱子向空間發(fā)射。提高其散熱效率需運用宏觀熱學方法來解決。這里不展開。 　　光子是熱能轉化成不可見光波向空間發(fā)射散熱，可以是遠距離的。可以用技術手段來豐富熱子轉化成光子的頻域，加大散熱效率。 　　磁子散熱原理，由于熱聲子運動頻率加快，引發(fā)除光子以外的電磁運動，也就是熱能轉成電磁波向空間幅射。 　　其表現(xiàn)捕捉到現(xiàn)象是熱電偶測溫偏離，原因是帶寬不夠。 　　進一步研究:各種物質散熱聲子運動的頻率，可供選用。 　　進一步研究：那一種晶體結構，簡諧聲子運動頻率快。 　　熱磁子散熱材料指標： 　　熱發(fā)射率96％ 　　熱磁幅射率98％ 　　熱吸收率<5％ 　　比熱容0.98 J/(g.K) 　　熱導率220W/M.K