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1. 核心設計目標

• ***的熱阻（Thermal Resistance）：這是最核心的指標。目標是化地將COB芯片產生的熱量傳導到載具，再通過載具散失到環境中（或冷卻系統），從而降低COB的結溫。

• 均勻的溫度場：確保COB芯片及其周邊區域溫度均勻，避免局部過熱。

• 可靠的物理接觸：***COB基板與載具散熱表面之間緊密、無縫、低熱阻的物理接觸。

• 可操作性與耐久性：便于安裝和拆卸，能夠承受反復的 thermal cycling（熱循環），材料穩定不易變形。

2. 熱管理路徑與熱阻分析

熱量傳遞路徑為：COB芯片 → 封裝膠 → 基板（陶瓷或金屬） → 導熱界面材料（TIM） → 散熱載具 → 環境/冷卻系統。

整個路徑的熱阻（Rθ_total）是各個環節熱阻的疊加。散熱載具的設計目標就是最小化自身熱阻（Rθ_sink）并優化與COB的接觸熱阻。

3. 關鍵設計要素與技術方案

3.1 材料選擇（基礎）

建議：主體結構采用6061或6063鋁合金，在與COB接觸的核心區域鑲嵌一塊厚銅塊（Copper Core） 或采用銅鋁復合焊接工藝。這在成本、重量和性能間取得了平衡。

3.2 表面處理與接觸界面

• 表面平整度與光潔度：

  • 與COB接觸的載具表面平面度需小于0.05mm，達到0.02mm以下。需經過精密磨削或銑削加工。

  • 表面光潔度要高（Ra <0.8μm），以減少微觀上的空氣空隙。

• 導熱界面材料（TIM - Thermal Interface Material）：

  • 導熱硅脂（Thermal Grease）：熱阻***，但易于老化、干涸，不適合需多次重復使用的自動化測試載具。

  • 相變材料（PCM - Phase Change Material）：在常溫下是固體，加熱后變軟填充縫隙，兼有硅脂的高性能和硅膠墊的便利性，是自動化測試的理想選擇。

  • 導熱硅膠墊（Thermal Pad）：使用方便，可重復使用，但熱阻相對較高。需選擇柔軟、導熱系數高（>3 W/m·K） 的型號，并在設計時通過彈簧壓緊機制***其充分壓縮。

• 表面涂層：

  • 鋁合金表面可進行硬質陽極氧化，增加硬度、耐磨性和輻射率（利于后續熱輻射）。

  • 銅表面可進行鍍鎳處理，防止氧化，保持長期穩定的導熱性能。

3.3 機械壓緊機構

目標：提供持續、穩定、可重復的夾緊力，確保TIM被充分壓縮，接觸熱阻最小化。

• 彈簧加載壓臂：是方案。使用不銹鋼彈簧提供恒定壓力，避免因熱膨脹或尺寸公差導致壓力過大或過小。

• 四角同步壓緊：對于大尺寸COB，采用四個壓臂同時壓緊，確保壓力均勻分布，防止基板彎曲。

• 壓力計算：根據TIM廠商推薦的壓縮比（如30%）來計算所需的壓緊力。壓力不足則熱阻高，壓力過大則可能壓碎COB芯片或導致基板變形。

3.4 主動散熱集成

散熱載具本身是一個“熱沉（Heat Sink）”，但為了應對大功率測試，常需集成主動散熱。

• 內部水冷通道：

  • 在載具內部直接CNC加工出冷卻液流道。這是散熱效率的方式。

  • 設計要點：流道應盡可能靠近熱源（COB安裝面），流道截面尺寸、流速和壓降需經過計算，確保湍流狀態，化熱交換效率。

• 標準接口：預留G1/4"或G3/8"等標準冷卻液接頭，方便快速連接外部冷卻機組（Chiller）。

3.5 熱仿真（至關重要）

在設計和加工前，必須使用計算流體動力學（CFD）軟件（如ANSYS Icepak, FloTHERM）進行熱仿真。

• 仿真內容：模擬COB發熱時，整個系統的溫度分布、流速場、壓力場。

• 優化目標：

  • 確認COB結溫是否在安全范圍內。

  • 檢查載體溫度是否均勻。

  • 優化冷卻流道設計、鰭片形狀和尺寸。

  • 驗證壓緊力和TIM選擇的合理性。

4. 設計實例：大功率COB LED老化測試載具

• 應用：對100W COB LED進行1000小時老化測試。

• 載具結構：

  1. 主體：采用6061-T6鋁合金，底部鑲嵌厚紫銅均熱板。

  2. 散熱：內部集成雙螺旋形冷卻流道，連接外部25°C恒溫冷卻機組。

  3. 界面：使用相變導熱材料（PCM） 片，預貼在載具表面。

  4. 壓緊：采用四個彈簧加載的不銹鋼壓臂，壓臂接觸點使用PEEK材料絕緣和防刮傷。

  5. 電連接：集成大電流彈針（Pogo Pin），用于給COB供電，并從載具下方引出導線。

  6. 監測：預留孔位用于安裝PT100溫度傳感器，實時監測載具溫度（非常接近COB基板溫度）。

5. 總結與建議

一個***的COB LED散熱優化載具是熱學、力學和材料學的***結合。

設計流程建議：

1. 明確需求：功率大小？測試時間？目標結溫？允許的尺寸和成本？

2. 熱阻計算：初步估算所需載具的熱阻性能。

3. 選型：選擇主體材料、TIM類型和壓緊方式。

4. CFD熱仿真：構建模型并進行迭代優化，這是節省成本和時間的最關鍵一步。

5. 精密加工：由有經驗的供應商完成，確保平面度、光潔度和流道密封性。

6. 實測驗證：使用熱電偶或熱成像儀實際測量載具和COB的溫度，與仿真結果對比校準。

對于***值、大功率的COB LED測試和生產，投資一個設計精良的散熱優化載具是必要的，它能確保測試數據的準確性、提高產品可靠性和生產效率。