从LED装配结构问题谈热磁子散热材料理论

热磁子散热材料理论

　　一、问题的提出

　　现有LED装配结构问题：

　　1.基本上是1WLED/珠，无紧固装置，需用低导热系数但粘接力很大的硅胶固定。不能将LED热迅速传到铝基PCB板上。

　　2.1W/珠LED需用数十--百珠以上，铝基板面积很大，用1.5—4W/M.K导热胶与散热器粘接，导热能力不足。

　　而且因铝基PCB面积庞大，变形是必然的，接触面因而减小，造成接触热阻增大。

　　以上几种原因，形成LED热流不畅，热积累不能释效放，热阻力增大，温升升高。

　　图一不良LED装配图件

　　二、热磁子散热材料理论

　　从晶格格波的声子理论可知，热传导过程------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程。是以非简谐振动方式运动的。传热仅涉及物质内部碰撞或扩散的速度。因此，从一定程度上，散热快的物质，传热速度不一定快，传热快的物质，散热速度不一定快。

　　图二 热声子在材料内部传热过程图

　　物质散热表征的本质指标是比热容;

　　比热容指标本质是物质晶体以简谐振动的热运动方式运动。这种运动方式具有波的形式，称为晶格波，是在弹性范围内原子的不断交替聚拢与分离。比热越大，热发射强度越大，晶格振动是量子化的。

　　固体热容由两部分组成：一部分来自晶格振动的贡献，称为晶格热容;另一部分来自电子运动的贡献，称为电子热容。除非在极低温度下，电子热容是很小的(常温下只有晶格热容的1%)。这里我们只讨论晶格热容。

　　散热不仅涉及到物质内部波的运动，而且还涉及到与介质热交换的波的频率。更丰富的频域电磁波。

　　根据以上原理，我们利用纯铝为基材，采用量子调控技术，加入热运动简谐振动频率高的声子晶体材料，并加入扼制非筒谐运动的声子材料，制成比热容高，热平衡速度快，与空气热交换频率高的高效散热材料。

　　Debye(1912)修正了原子是独立谐振子的概念，而考虑晶格的集体振动模式，他假设晶体是连续弹性介质，原子的热运动以弹性波的形式发生，每一个弹性波振动模式等价于一个谐振子，能量是量子化的，并规定了一个 弹性波频率上限 ，称之为德拜频率。

　　Einstein 模型和 Debye 模型都是对晶格振动的一种近似描述，它使我们对晶格振动的基本特征有了更加清晰的认识：在简谐近似下，可以用相互独立简谐波来表述;这些简谐波能量是量子化的。描述晶体原子运动简谐波的能量量子叫声子。根据以上原理，我们利用纯铝为基材，采用量子调控技术，加入热运动简谐振动频率高的声子材料，并加入扼制非筒谐运动的声子材料，制成比热容高，热平衡速度快，与空气热交换频率高的高效散热材料。

　　因有声子的高频运动，产生了交变电磁波(磁子)，热能转换成电磁能向空间辐射。最明显的是用电子测温汁测温，因表面有高频交变磁场，测温测不准。必须使用频域很宽的热探头或使用远红外温度测试仪测温。

　　根据以上原理，我们利用纯铝为基材，采用量子调控技术，加入热运动简谐振动频率高的声子晶体材料，并加入扼制非筒谐运动的声子材料，制成比热容高，热平衡速度快，与空气热交换频率高的高效散热材料。在组方中，加入温度范围更宽的热电波转换材料，用来将热转换成频域更宽的电磁波向空间发射。

　　也可以用技术手段加速热流运动的频率，就象加速电流运动频率一样，进行主动散热 [p]

高频磁子散热铝的基本散热原理：利用热运动简谐振动频率高的声子材料，并加入扼制非筒谐运动的声子材料，制成比热容高，热平衡速度快，与空气热交换频率高的高效散热材料。热能转换成电磁能(磁子)向空间辐射散热。

　　热能转换电磁波(磁子)频域宽,热上升平衡时间与断热下降平衡时间短，为5-6分钟，而传统铝为30-40分钟。最具优势的是：因散热速度快，靠近热源端温度低于远离物源端5-10℃。

　　图四 热磁子复合材料热均匀传递图

　　三小结:

　　LED散热是声子,热子,光子,磁子热能量量子(准粒子)综合运动的结果。其中声子是以准谐振方式(波的形式)进行散热主运动，是在物质的内部。是典型微运动。声子运动频率越快，与介质交换的速度越快，散热效率越高。

　　爱因斯坦、德拜只研究了物质内部热动规律，而没有触及物质内部热与外部热作什么样的热能量交换。

　　提高物质散热运动效率的方法:

　　1.运用声子运动频率快的物质。

　　2.运动主动技术手段，使声子可以主动加快运动，就象电磁运动加快电流运动频率一样方便。

　　热子是热能近距离向空间(或介质)幅射散热的主要方式，其表现形式为宏观，是声子将其运动到表面区域，更多的热能积聚在物质表面。在传热表面附着热发射率高物质，能加速热子向空间发射。提高其散热效率需运用宏观热学方法来解决。这里不展开。

　　光子是热能转化成不可见光波向空间发射散热，可以是远距离的。可以用技术手段来丰富热子转化成光子的频域，加大散热效率。

　　磁子散热原理，由于热声子运动频率加快，引发除光子以外的电磁运动，也就是热能转成电磁波向空间幅射。

　　其表现捕捉到现象是热电偶测温偏离，原因是带宽不够。

　　进一步研究:各种物质散热声子运动的频率，可供选用。

　　进一步研究：那一种晶体结构，简谐声子运动频率快。

　　热磁子散热材料指标：

　　热发射率96%

　　热磁幅射率98%

　　热吸收率<5%

　　比热容0.98 J/(g.K)

　　热导率220W/M.K