Сравнение эффективности теплопроводящих прокладок, паст и компаундов Опции

[koluna]

Здравствуйте!

Светодиодный прожектор.
Стоит задача отвести тепло от мощных полноцветных светодиодов (3 кристалла по 1 Вт каждый в одном корпусе) PRO LIGHT в исполнении "Emitter".
Сроки изготовления экпериментального образца очень сжатые.
Рассматривался вариант использования светодиодов в исполнении "Star".
Это самый простой, надёжный и дешёвый вариант, но купить быстро такие диоды не удаётся...
Рассматривался вариант использования светодиодов в исполнении "Emitter", впаиваемых на алюминиевую печатную плату (MCB).
К сожалению, плата стоит очень дорого, делается долго и паять на неё светодиоды не просто...
В результате было решено использовать обычную печатную плату специальной конструкции.

Диаметр платы ~180 мм. Число устанавливаемых светодиодов - 7 штук.
Т. е., рассеиваемая мощность ~21 Вт. Плата будет устанавливаться в негерметичный металлический корпус прожектора.
Отвод тепла будет осуществляться через множество металлизированных (и залитых припоем) отверстий с верхней стороны печатной платы (сторона установки светодиодов) на нижнюю сторону печатной платы (сторона установки радиаторов).
На нижней стороне печатной платы будут достаточно крупные площадки заливки медью, на каждую из которых будут устанавливаться маленькие радиаторы или один общий большой радиатор на все площадки через теплопроводную диэлектрическую прокладку.

Возникают вопросы.
1. Нужны ли вообще радиаторы?
2. Что лучше проводит тепло? Паста КПТ-8 или прокладка НОМАКОН?
3. Помогите, пожалуйста с расчётом и выбором радиаторов. Выбором способа крепления.
4. Как лучше сделать: несколько маленьких радиаторов и паста КПТ или один большой радиатор и прокладка НОМАКОН?
5. Есть ли прокладки, подобные прокладкам НОМАКОН, которые обеспечивают более хороший теплоотвод?

Очень приветствуются советы, ссылки и пр.

Кстати, анализировал прототип прожектора от ladesign.
Там используются одноцветные светодиоды (R, G, в такомже количестве и плата MCB. Но slug'и светодиодов не только не припаяны к плате, но и не промазаны термопастой...

Спасибо заранее!

[Herz]

Пока только один момент: паста по теплопроводности лучше прокладки. В том числе и потому, что слой её может быть очень тонким. Достоинство прокладок лишь в изоляционных свойствах. С другой стороны, технологичнее, конечно, поставить один радиатор через прокладку, чем несколько на пасту. Поскольку изолируемые напряжения совсем малы, я бы проверил возможность установки всё-таки одного радиатора через как можно более тонкую прокладку. Но плата после пайки должна быть достаточно ровной.

[koluna]

Пока только один момент: паста по теплопроводности лучше прокладки. В том числе и потому, что слой её может быть очень тонким. Достоинство прокладок лишь в изоляционных свойствах. С другой стороны, технологичнее, конечно, поставить один радиатор через прокладку, чем несколько на пасту. Поскольку изолируемые напряжения совсем малы, я бы проверил возможность установки всё-таки одного радиатора через как можно более тонкую прокладку. Но плата после пайки должна быть достаточно ровной.

Согласен я с этим полностью
Вопрос только в:
1. Наиболее тонкой прокладке. Какую именно?
2. Плата. А точнее - её нижняя сторона (где радиаторы). Скорее всего - имерсионное лужение? Или вообще не лудить низ? Только как? Т. е., мы имеем или маску без лужения (которую убирать вручную) или лужение...

[Herz]

Согласен я с этим полностью
Вопрос только в:
1. Наиболее тонкой прокладке. Какую именно?

Да какую достанете. Отличия, я думаю, на минимальной толщине тоже будут незначительными.

2. Плата. А точнее - её нижняя сторона (где радиаторы). Скорее всего - имерсионное лужение? Или вообще не лудить низ? Только как? Т. е., мы имеем или маску без лужения (которую убирать вручную) или лужение...

Я бы посоветовал никелирование, если доступно.

Сообщение отредактировал Herz - Jun 1 2008, 10:29

[koluna]

Я бы посоветовал никелирование, если доступно.

Никелирование обеих сторон?
А паяться нормально будет?

[Herz]

Никелирование обеих сторон?
А паяться нормально будет?

Можно одной. Но паяется хорошо.

[koluna]

Да какую достанете. Отличия, я думаю, на минимальной толщине тоже будут незначительными.

Из прокладок я кроме слюды и НОМАКОНа ничего не знаю

Можно одной. Но паяется хорошо.

Т. е., технология производства ПП позволяет никелировать только одну сторону?
Кстати, а вот это вот самое множество металлизированных отверстий для отвода тепла обязательно заливать припоем или нет? А то, если отверстий много, то это будет сделать непросто

[Herz]

Из прокладок я кроме слюды и НОМАКОНа ничего не знаю

Да есть ещё много разных. Вплоть до гелеподобных.

Т. е., технология производства ПП позволяет никелировать только одну сторону?
Кстати, а вот это вот самое множество металлизированных отверстий для отвода тепла обязательно заливать припоем или нет? А то, если отверстий много, то это будет сделать непросто

Да, и одну сторону, конечно, без проблем. Пропаивать весьма желательно. Я не специалист, но, по-моему, волной это делается несложно.

[koluna]

Да есть ещё много разных. Вплоть до гелеподобных.

Посмотрим, спасибо

Да, и одну сторону, конечно, без проблем. Пропаивать весьма желательно. Я не специалист, но, по-моему, волной это делается несложно.

Т. е., надо указать в ТЗ на плату, чтобы при производстве с одной стороны лудили волной? Т. е., нанесли припой на контактные площадки и "пропаяли" отверстия одновременно?
А вторую сторону никелировали?

[Herz]

Посмотрим, спасибо
Т. е., надо указать в ТЗ на плату, чтобы при производстве с одной стороны лудили волной? Т. е., нанесли припой на контактные площадки и "пропаяли" отверстия одновременно?
А вторую сторону никелировали?

Нет, всё сразу не получится. Светодиоды волной же не будете паять. К технологам обратитесь, они разберутся.

[НЕХ]

теплопроводность пиролитического графита PGS в 2 раза выше меди.
жаль, что только в 2-х измерениях.
производитель - Panasonic
(информация - для общего развития, в деле может не пригодиться)

[koluna]

теплопроводность пиролитического графита PGS в 2 раза выше меди.
жаль, что только в 2-х измерениях.
производитель - Panasonic
(информация - для общего развития, в деле может не пригодиться)

А что он из себя представляет?
Прокладки? Пасту?
Он является проводящим материалом или нет?
Насколько трудно его достать?
Дорого стоит?

Спасибо за информацию

[evgeny_ch]

...
Дорого стоит?

...

Теплопроводность алмазного порошка - около 500 Вт/м*К .
Теплопроводность оксида бериллия — 370,
нитрида алюминия — 200,
нитрида бора — 180,
карбида кремния — 490.
Термопрохладки.

Сообщение отредактировал evgeny_ch - Jun 3 2008, 08:10

[GeorgyBey]

Светодиодный прожектор...
Диаметр платы ~180 мм. Число устанавливаемых светодиодов - 7 штук.
Т. е., рассеиваемая мощность ~21 Вт.

Нужны ли вообще радиаторы?
.....
Там используются одноцветные светодиоды (R, G, в такомже количестве и плата MCB. Но slug'и светодиодов не только не припаяны к плате, но и не промазаны термопастой...

21 Ватт на шайбу 180мм - не Бог-весть какая мощность. Ну перегреется градусов на 10-20 от окружающей среды
Наделайте "лишних" дырок в плате, а сзади в корпусе поставьте микровентиллятор, чтоб продувал насквозь - заодно и пыль от светодиодов будет отгонять ...

Или у вас курсовая?! - тогда РАСЧЕТ конечно нужен!

[koluna]

21 Ватт на шайбу 180мм - не Бог-весть какая мощность. Ну перегреется градусов на 10-20 от окружающей среды

А на сколько перегреются диоды в этом случае?

Наделайте "лишних" дырок в плате, а сзади в корпусе поставьте микровентиллятор, чтоб продувал насквозь - заодно и пыль от светодиодов будет отгонять ...

Дырки не проблема О вентиляторе думал, но, боюсь, шуметь будет...

Или у вас курсовая?! - тогда РАСЧЕТ конечно нужен!

Нет. Реальный проект.

[Siv21]

Вот статья по исследованиям 1-ваттных светодиодов с различными способами пайки и охлаждения.
В том числе и на печатную плату. Приводятся данные о количестве переходных отверстий и прочее...
Статья с сайта фирмы НЕОН. http://www.e-neon.ru/catalog/
И светодиодов у них есть

Прикрепленные файлы

 Warm_Dorado.pdf ( 426.54 килобайт ) Кол-во скачиваний: 108

 

[GeorgyBey]

Нет. Реальный проект.

Уверен, что никаких дополнительных мер принимать не надо, если не будет высокого нагрева окружающей среды. Хотя температура корпуса современных полупроводниковых компонентов допускает работу в кипятке
Для успокоения профессиональной совести закажите платы с ОДНОСТОРОННИМ монтажом и ТОЛЩИНОЙ 0.8мм. Плату до монтажа под прессом наклеите на дюралевый диск (корпуса), потом рапаяете детали (мощным паяльником) - будет вам и электроизоляция, и тепла отведет Ватт 150-200, если "заберете" их с дюраля любым удобным способом, но и без доп мер будет корпус чуть теплым.
Сам светодиод ОБЯЗАН работать и без всяких теплоотводов. Вспомните резистор ОМЛТ-2 - 2 Ватта без каких либо ухищрений, а площадь поверхности и контакт с платой куда как меньше чем у светодиода. , и не "люминь" и кремний, а краска, ухудшающая теплоотдачу.

[Herz]

Сам светодиод ОБЯЗАН работать и без всяких теплоотводов. Вспомните резистор ОМЛТ-2 - 2 Ватта без каких либо ухищрений, а площадь поверхности и контакт с платой куда как меньше чем у светодиода. , и не "люминь" и кремний, а краска, ухудшающая теплоотдачу.

Очень смелое сравнение. Светодиод действительно "обязан работать" без всяких теплоотводов до тех пор, пока его температура не превысит допустимую. Как именно этого не допустить - уже забота разработчика. Работоспособности и параметрам резистора нагрев был далеко не так страшен. Но и 2-ваттному резистору тоже не нравилось работать в предельном режиме длительное время - я видел, чем это кончалось в условиях неважной конвекции.

[Stanislav]

Диаметр платы ~180 мм. Число устанавливаемых светодиодов - 7 штук.
Т. е., рассеиваемая мощность ~21 Вт...

Ну, прям-таки 21 Вт... У светодиодов тоже "КПД" имеется. Поэтому, часть электрической мощности всё-таки уйдёт в лучистую, облегчая Вашу задачу. Сколько именно - посчитать, имея параметры конкретной модели, совсем не трудно. При этом ещё старение учесть нужно.

...Возникают вопросы.
1. Нужны ли вообще радиаторы?

Если естественная вентиляция платы будет гарантирована, радиаторы вряд ли потребуются.
А ежли она будет стоять горизонтально, то металлизированные отверстия припоем заливать не нужно, кроме тех, которые расположены непосредственно под СИД. Диаметр их нужно делать ~3 мм или более.

2. Что лучше проводит тепло? Паста КПТ-8 или прокладка НОМАКОН?

Паста лучше.

...Кстати, анализировал прототип прожектора от ladesign.
Там используются одноцветные светодиоды (R, G, в такомже количестве и плата MCB. Но slug'и светодиодов не только не припаяны к плате, но и не промазаны термопастой...

Теплоотвод на плату нужно, конечно, обеспечить, невзирая на ladesign.

[proba]

при невысокои мощности можно применить пластиковые радиаторы.
http://www.coolpolymers.com/

[S_agent]

Из прокладок я кроме слюды и НОМАКОНа ничего не знаю

Посмотрите в сторону t-global
для ориентировки - цена на H48-6 20*20*2мм 0.14$ за сотню, тыщу по 0.11$
с доставкой у них шустро, управились за 4 дня, включая выходные.
возможна оплата через ПайПал.