從LED裝配結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)問題： 　　1.基本上是1WLED/珠，無緊固裝置，需用低導(dǎo)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(dǎo)熱膠與散熱器粘接，導(dǎo)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(dǎo)過程------聲子從高濃度區(qū)域到低濃度區(qū)域的擴(kuò)散過程。是以非簡諧振動方式運(yùn)動的。傳熱僅涉及物質(zhì)內(nèi)部碰撞或擴(kuò)散的速度。因此，從一定程度上，散熱快的物質(zhì)，傳熱速度不一定快，傳熱快的物質(zhì)，散熱速度不一定快。 圖二 熱聲子在材料內(nèi)部傳熱過程圖 　　物質(zhì)散熱表征的本質(zhì)指標(biāo)是比熱容； 　　比熱容指標(biāo)本質(zhì)是物質(zhì)晶體以簡諧振動的熱運(yùn)動方式運(yùn)動。這種運(yùn)動方式具有波的形式，稱為晶格波，是在彈性范圍內(nèi)原子的不斷交替聚攏與分離。比熱越大，熱發(fā)射強(qiáng)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(xiàn)，稱為晶格熱容；另一部分來自電子運(yùn)動的貢獻(xiàn)，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(zhì)內(nèi)部波的運(yùn)動，而且還涉及到與介質(zhì)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(diào)控技術(shù)，加入熱運(yùn)動簡諧振動頻率高的聲子晶體材料，并加入扼制非筒諧運(yùn)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(dú)立諧振子的概念，而考慮晶格的集體振動模式，他假設(shè)晶體是連續(xù)彈性介質(zhì)，原子的熱運(yùn)動以彈性波的形式發(fā)生，每一個彈性波振動模式等價(jià)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(rèn)識：在簡諧近似下，可以用相互獨(dú)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(yùn)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(diào)控技術(shù)，加入熱運(yùn)動簡諧振動頻率高的聲子材料，并加入扼制非筒諧運(yùn)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(yùn)動，產(chǎn)生了交變電磁波(磁子)，熱能轉(zhuǎn)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(zhǔn)。必須使用頻域很寬的熱探頭或使用遠(yuǎn)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(diào)控技術(shù)，加入熱運(yùn)動簡諧振動頻率高的聲子晶體材料，并加入扼制非筒諧運(yùn)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(zhuǎn)換材料，用來將熱轉(zhuǎn)換成頻域更寬的電磁波向空間發(fā)射。 　　也可以用技術(shù)手段加速熱流運(yùn)動的頻率，就象加速電流運(yùn)動頻率一樣，進(jìn)行主動散熱 　　高頻磁子散熱鋁的基本散熱原理：利用熱運(yùn)動簡諧振動頻率高的聲子材料，并加入扼制非筒諧運(yùn)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(zhuǎn)換成電磁能(磁子)向空間輻射散熱。  　　熱能轉(zhuǎn)換電磁波(磁子)頻域?qū)?熱上升平衡時(shí)間與斷熱下降平衡時(shí)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(yuǎn)離物源端5-10℃。 圖四 熱磁子復(fù)合材料熱均勻傳遞圖 　　三小結(jié): 　　LED散熱是聲子,熱子,光子,磁子熱能量量子(準(zhǔn)粒子)綜合運(yùn)動的結(jié)果。其中聲子是以準(zhǔn)諧振方式(波的形式)進(jìn)行散熱主運(yùn)動，是在物質(zhì)的內(nèi)部。是典型微運(yùn)動。聲子運(yùn)動頻率越快，與介質(zhì)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(zhì)內(nèi)部熱動規(guī)律，而沒有觸及物質(zhì)內(nèi)部熱與外部熱作什么樣的熱能量交換。 　　提高物質(zhì)散熱運(yùn)動效率的方法: 　　1.運(yùn)用聲子運(yùn)動頻率快的物質(zhì)。 　　2.運(yùn)動主動技術(shù)手段，使聲子可以主動加快運(yùn)動，就象電磁運(yùn)動加快電流運(yùn)動頻率一樣方便。 　　熱子是熱能近距離向空間(或介質(zhì))幅射散熱的主要方式，其表現(xiàn)形式為宏觀，是聲子將其運(yùn)動到表面區(qū)域，更多的熱能積聚在物質(zhì)表面。在傳熱表面附著熱發(fā)射率高物質(zhì)，能加速熱子向空間發(fā)射。提高其散熱效率需運(yùn)用宏觀熱學(xué)方法來解決。這里不展開。 　　光子是熱能轉(zhuǎn)化成不可見光波向空間發(fā)射散熱，可以是遠(yuǎn)距離的。可以用技術(shù)手段來豐富熱子轉(zhuǎn)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(yùn)動頻率加快，引發(fā)除光子以外的電磁運(yùn)動，也就是熱能轉(zhuǎn)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(jìn)一步研究:各種物質(zhì)散熱聲子運(yùn)動的頻率，可供選用。 　　進(jìn)一步研究：那一種晶體結(jié)構(gòu)，簡諧聲子運(yùn)動頻率快。 　　熱磁子散熱材料指標(biāo)： 　　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(dǎo)率220W/M.K