Was ist der Kühlkörper bei LEDs?

 

Wenn Sie sich schon einmal mit LED-Beleuchtungsprodukten beschäftigt haben, haben Sie sie gesehen. Diese gerippten, gerippten Metallstrukturen, die an der Rückseite von Deckenleuchten, Downlights oder Autoscheinwerfern angebracht sind. Die meisten Menschen denken, das sei nur ein Stück Aluminium, um es industriell aussehen zu lassen.

 

 

Mit dem Aluminiumteil liegen sie nicht ganz falsch. Aber einen Kühlkörper als „nur ein geripptes Stück Metall“ zu bezeichnen, ist ein bisschen so, als würde man einen Rennmotor „nur ein zusammengeschraubtes Metallbündel“ nennen. Technisch korrekt, aber es fehlt alles, was wirklich wichtig ist.

 

Was ist also der Kühlkörper in einer LED-Anwendung eigentlich?

 

Die Kurzdefinition (und warum sie zu kurz kommt)

Ein Kühlkörper ist eine passive Wärmemanagementkomponente, die die Wärme einer LED oder eines LED-Arrays absorbiert und an die Umgebungsluft abgibt. Das ist die Antwort aus dem Lehrbuch.

 

Aber wenn Sie diese Komponenten für Produkte beschaffen, die tatsächlich {{0}gewerbliche Beleuchtung, Automobilsysteme, medizinische Geräte, Industrieanlagen-funktionieren müssen, hilft Ihnen diese Definition nicht viel. Es erklärt Ihnen nicht, warum einige Kühlkörper funktionieren und andere Feldausfälle verursachen. Es erklärt nicht, warum zwei Kühlkörper, die fast identisch aussehen, eine völlig unterschiedliche Leistung erbringen können.

 

Gehen wir also etwas tiefer.

 

Was ein Kühlkörper tatsächlich in einem LED-System bewirkt

Eine LED wandelt Strom in Licht um. Der Teil, an den sich jeder erinnert. Der Teil, der weggelassen wird, ist, dass eine LED auch einen erheblichen Teil dieser Elektrizität in Wärme umwandelt. An der Verbindungsstelle-dem winzigen Punkt innerhalb der LED, an dem Licht erzeugt wird-können die Temperaturen schnell ansteigen. Wenn diese Hitze nicht kontrolliert wird, wird die LED beschädigt. Die Lichtleistung sinkt. Farbverschiebungen. Die Lebensdauer verkürzt sich.

 

Der Kühlkörper sitzt zwischen der LED und der Umgebung. Seine Aufgabe besteht darin, die Wärme von der Verbindungsstelle abzuleiten, zu verteilen und an die Luft abzugeben. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Wärmebrücke.

 

Aber hier kommt es auf die Nuance an: **Der Kühlkörper ist nicht nur ein Stück Metall. Es handelt sich um ein sorgfältig entwickeltes System.

 

Wärmeleitfähigkeit ist die Grundlage

Aluminium dominiert diesen Raum aus gutem Grund. Es bietet eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 150 bis 200 W/m·K, abhängig von der Legierung. . 6063 ist für Extrusionen üblich. . 6061 zeigt sich, wenn eine maschinelle Bearbeitung erforderlich ist. Kupfer leitet besser -etwa 400 W/m·K-, ist jedoch schwerer, teurer und für LED-Anwendungen oft übertrieben, es sei denn, Sie haben es mit extremen Leistungsdichten zu tun.

 

Die Wahl des Materials beeinflusst mehr als nur die thermische Leistung. Es wirkt sich auf Gewicht, Kosten, Herstellbarkeit und sogar auf das endgültige Erscheinungsbild nach der Oberflächenbehandlung aus.

 

Die Oberfläche ist das wahre Arbeitstier

Ein Kühlkörper funktioniert, indem er der Wärme mehr Oberfläche zum Entweichen gibt. Dafür sind die Flossen da. Aber das bloße Hinzufügen von Rippen macht einen Kühlkörper nicht automatisch besser. Die Dichte der Flossen, die Höhe der Flossen und die Ausrichtung der Flossen wirken sich alle darauf aus, wie sich die Luft über die Oberflächen bewegt.

 

Bei der passiven Kühlung-was die meisten LED-Anwendungen nutzen- beruht die natürliche Konvektion darauf, dass warme Luft aufsteigt und kühlere Luft von unten ansaugt. Wenn die Lamellen zu eng gepackt sind, wird der Luftstrom unterbrochen. Der Kühlkörper sieht beeindruckend aus, bietet aber eine schlechte Leistung. Um die richtige Geometrie zu erreichen, ist eine tatsächliche thermische Modellierung erforderlich, nicht nur Vermutungen.

 

An der Schnittstelle laufen die Dinge schief

Dies ist der Teil, der häufiger übersehen wird, als er sollte. Ein Kühlkörper funktioniert nur, wenn tatsächlich Wärme von der LED in den Kühlkörper gelangen kann. Das bedeutet:

- Eine flache, glatte Montagefläche
- Korrekter Montagedruck
- Ein thermisches Schnittstellenmaterial-Wärmeleitpaste, -pad oder Phasenwechselmaterial-um die mikroskopischen Lücken zwischen der LED und dem Kühlkörper zu füllen

 

Wenn Sie diese weglassen, verdoppelt oder verdreifacht sich der effektive Wärmewiderstand. Der Kühlkörper wird eher zur Dekoration als zur Funktion.

 

Arten von Kühlkörpern, denen Sie in LED-Anwendungen begegnen werden

Nicht alle LED-Kühlkörper sind gleich aufgebaut. Die Herstellungsmethode verändert die Möglichkeiten hinsichtlich Form, Komplexität und Kosten.

 

 

 

Extrudierte Kühlkörper

Extrusion ist die gebräuchlichste Methode für LED-Kühlkörper, und das aus gutem Grund. Es ist im großen Maßstab kostengünstig-, erzeugt konsistente Profile und eignet sich gut für lineare Formen, wie sie in Streifenbeleuchtungen oder linearen Hallenleuchten verwendet werden. Extrudierte Profile können auf Länge geschnitten und bearbeitet werden, um sie anzubringen. Die Hauptbeschränkung besteht darin, dass durch die Extrusion ein konstantes Profil entsteht. -Sie können das Rippenmuster entlang der Länge nicht ändern.

 

Geschälte und geklebte -Lamellen-Kühlkörper

Wenn ein Design eine höhere Rippendichte oder andere Rippenausrichtungen erfordert, als durch Extrusion erreicht werden kann, kommt die geschälte oder gebundene -Rippenkonstruktion ins Spiel. Beim Schälen werden dünne Lamellen aus einem massiven Metallblock geschnitten, wodurch eine sehr große Oberfläche auf kompakter Grundfläche entsteht. Geklebte -Lamellenbaugruppen befestigen einzelne Lamellen an einer Grundplatte und ermöglichen so komplexere Geometrien. Beide Methoden kommen bei LED-Anwendungen mit höherer-Leistung zum Einsatz, bei denen die passive Kühlung auf engstem Raum erfolgen muss.

 

Bearbeitete Kühlkörper

Für kleine-bis-mittlere Volumina oder Designs, die komplexe Funktionen erfordern-integrierte Montagepunkte, versiegelte Gehäuse, kundenspezifische Formen-bearbeitete Kühlkörper sind die Antwort. Die CNC-Bearbeitung ermöglicht Präzisionsmerkmale und enge Toleranzen, die extrudierte Profile nicht erreichen können. Der Nachteil sind die Kosten pro Einheit, die tendenziell höher sind als bei der Extrusion.

 

Druckguss-Kühlkörper

Druckguss bietet komplexe Formen in großen Stückzahlen mit guter thermischer Leistung. Dies ist bei LED-Produkten für Verbraucher- üblich, bei denen Ästhetik und Integration ebenso wichtig sind wie die Wärmeleistung. Der Nachteil sind höhere Vorab-Werkzeugkosten und eine etwas geringere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu bearbeitetem Aluminium.

 

 

Was macht einen Kühlkörper zum richtigen für Ihre LED-Anwendung?

Wenn Sie Kühlkörper für ein kommerzielles Produkt spezifizieren, gibt es keine allgemeingültige „beste“ Option. Der richtige Kühlkörper hängt von einer Handvoll Faktoren ab, die für Ihre Anwendung spezifisch sind.

 

- Leistungsdichte:Ein 10-Watt-LED-Array in einem gut belüfteten Raum stellt ein anderes Problem dar als ein 200-Watt-COB in einer geschlossenen Leuchte.
- Umgebungsbedingungen:Ein Kühlkörper, der bei 25 Grad Raumtemperatur funktioniert, kann bei 50 Grad in einem geschlossenen Gehäuse ausfallen.
- Platzbeschränkungen:Manchmal muss der Kühlkörper in eine bestimmte Hülle passen, was zu Kompromissen beim Rippendesign führt.
- Passiv vs. aktiv:Die meisten LED-Anwendungen verwenden passive Kühlung. Wenn jedoch der Luftstrom eingeschränkt ist oder die Leistungsdichte extrem ist, kommt die Zwangskühlung mit Lüftern ins Spiel.
- Ästhetische Anforderungen:Insbesondere bei architektonischen oder verbraucherorientierten Produkten ist der Kühlkörper Teil des visuellen Designs. Es muss Oberflächenveredelungen wie Eloxieren oder Pulverbeschichten akzeptieren, ohne dass die Leistung beeinträchtigt wird.

 

Die wahren Kosten, wenn man etwas falsch macht

Hier wird das Gespräch praktisch. Eine unzureichende Spezifikation eines Kühlkörpers führt normalerweise nicht zu einem sofortigen Ausfall. Was es verursacht, ist *beschleunigtes Altern*. Die LED leuchtet weiterhin. Es besteht immer noch die ersten Tests. Aber jeder Anstieg der Sperrschichttemperatur um 10 Grad halbiert ungefähr die erwartete Lebensdauer.

Ein Produkt, das für 50.000 Stunden bei 85 Grad ausgelegt ist, liefert möglicherweise nur 25.000 Stunden bei 95 Grad. Wenn Sie an gewerbliche Kunden verkaufen, die eine Lebensdauer von 50.000 Stunden erwarten, zeigt sich die Differenz in Garantieansprüchen, Austausch vor Ort und Rufschädigung.

 

Auch Overengineering ist keine Lösung. Ein übergroßer Kühlkörper verursacht unnötige Kosten und Gewicht. Das Ziel ist eine Lösung mit der richtigen Größe, die die thermischen Ziele ohne Übermaß erfüllt.

 

Worauf Sie bei einem Kühlkörperlieferanten achten sollten

Wenn Sie Kühlkörper für LED-Produkte beschaffen, ist der Lieferant genauso wichtig wie die Komponente selbst. Ein guter Lieferant wird:

- Fragen Sie nach Ihren Sperrschichttemperaturzielen und Umgebungsbedingungen
- Bereitstellung thermischer Modellierungs- oder Simulationsdaten, nicht nur „Wir glauben, dass das funktionieren wird“
- Verstehen Sie den Zusammenhang zwischen Bearbeitungsoptionen und nachgelagerten Prozessen wie dem Eloxieren
- Bieten Sie Optionen in den Bereichen Extrusion, Bearbeitung und geklebte -Lamellenkonstruktion an
- Behandeln Sie den Kühlkörper als Teil Ihres Produkts und nicht nur als Standardkomponente

 

 

 

BeiZP-KühlkörperWir entwickeln und fertigen thermische Lösungen für LED-Anwendungen in den Bereichen Gewerbe, Industrie und Automobil. Wir arbeiten mit Aluminium-extrudiertem, bearbeitetem, geklebtem-Rippen- und kümmern uns um alles von der thermischen Simulation bis zur Oberflächenveredelung. Wenn Sie ein LED-Produkt entwickeln und gleich beim ersten Mal das richtige Wärmemanagement hinbekommen möchten, schauen Sie sich an, was wir tunwww.zpheatsink.com. Oder wenden Sie sich direkt an uns. Gerne besprechen wir mit Ihnen Ihren konkreten Anwendungsfall und helfen Ihnen herauszufinden, was tatsächlich Sinn macht.