Каковы основные требования к упаковке и конструкции рассеивания тепла-высокопрочных ламп, чтобы предотвратить перегрев и повлиять на срок их службы?

一, Упаковочные материалы: баланс между термодинамическими характеристиками и долгосрочной-стабильностью.
1. Материал подложки. Замена пластика керамической подложкой стала обычным явлением.
Традиционные пластиковые подложки (такие как FR-4) имеют теплопроводность всего 0,3–0,5 Вт/(м · К), а это означает, что светильники мощностью более 50 Вт могут легко получить перегретые точки. Теплопроводность керамической подложки из нитрида алюминия (AlN) может достигать 170–230 Вт/(м · К), а теплопроводность керамической подложки из оксида алюминия (Al ₂ O3) может достигать 24–35 Вт/(м · К). Оба эти материала могут значительно снизить термическое сопротивление. Компания Dinghongrun, например, использует светодиодные чипы с керамической подложкой из нитрида алюминия. Температура перехода на 25 градусов Цельсия ниже, чем у пластиковых подложек после 1000 часов непрерывного использования, а скорость световой деградации снижается с 15% до 5%.
2. Флуоресцентный порошок и герметизирующий клей: работают вместе, чтобы сделать вещи устойчивыми к высоким температурам и стабильными на свету.
У мощных-светодиодов интенсивность возбуждения синего света в 3–5 раз выше, чем у обычных продуктов. Когда температура превышает 150 градусов, традиционная силиконовая упаковка может пожелтеть, что снижает эффективность пропускания света. В современной промышленности используется герметизирующий клей из органического кремния и неорганического композита, который выдерживает температуру от -60 до 250 градусов. После 1000 часов непрерывного использования при температуре 200 градусов он по-прежнему пропускает более 90% света. Когда дело доходит до выбора люминофоров, нитридные люминофоры (такие как - SiAlON: Eu ² ⁺) являются лучшим выбором для высокотемпературных ситуаций, таких как автомобильные фары, поскольку скорость затухания их квантовой эффективности на 40% ниже, чем у стандартных люминофоров YAG.
3. Твердый кристаллический материал: серебряный клей с высокой теплопроводностью и технологией эвтектической сварки.
Традиционная термопаста имеет термическое сопротивление 0,1–0,3 градуса·см²/Вт. После затвердевания наносеребряной пасты термическое сопротивление можно снизить до 0,02 градуса·см²/Вт. Один производитель автомобильных фар использует низкотемпературную эвтектическую сварку для прямого соединения светодиодных чипов с медными подложками. Это снижает контактное тепловое сопротивление с 0,5 градуса·см²/Вт до 0,05 градуса·см²/Вт, а температуру перехода микросхемы на 18 градусов.
2. Способ выделения тепла: канал с низким-импедансом от чипа к внешнему миру.
1. Подкладочная пластина для поглощения тепла: поперечная теплопроводность усилена микроструктурой.
Теплопоглощающая облицовочная пластина должна иметь как высокую плоскостность, так и высокую поперечную скорость теплопередачи. На фрезерном станке обрабатывались теплопоглощающие пластины из алюминиевого сплава с шероховатостью поверхности Ra менее или равной 0,8 мкм. Контактное тепловое сопротивление светодиодных чипов может поддерживаться на уровне ниже 0,01 градуса·см²/Вт. Одна компания, производящая промышленное освещение, изготовила микроканальную структуру внутри теплопоглощающей облицовки. Благодаря биомиметической обработке поверхности листьев лотоса поток охлаждающей жидкости стал на 30 % легче, а теплоотвод — на 25 %.
2. Ребра теплоотвода: конструкция, имитирующая природу и улучшающая воздушный поток.
При естественной конвекции традиционные параллельные ребра не рассеивают тепло. С другой стороны, плавники из биомиметической структуры кожи акулы могут сократить толщину теплового пограничного слоя на 40%. Одна компания, производящая уличные дисплеи, использует трапециевидную конструкцию ребер и меняет расстояние между ребрами с 5 мм до 3 мм. При скорости ветра 2 м/с площадь рассеивания тепла увеличивается на 22%, а тепловое сопротивление падает на 18%. Технология тепловых трубок стала важным решением для использования в небольших помещениях. Спеченные тепловые трубки с теплопроводностью 5000 Вт/(м · К) используются одним производителем проекторов. Это более чем в 1000 раз лучше, чем чистая медь.
3. Общая структура: модульная конструкция и интегрированное-литье под давлением.
Комплексный процесс литья под давлением из алюминиевого сплава- позволяет избавиться от термического сопротивления, возникающего при контакте в типичных сборочных системах. Один производитель уличных фонарей использует метод интегрального литья под давлением из алюминиевого сплава AA1070-, чтобы объединить помещение с источником света, электротехническое помещение и корпус рассеивания тепла. Это снижает тепловое сопротивление системы с 1,2 градуса/Вт до 0,8 градуса/Вт. Модульная конструкция модулей высокой-мощности стала тенденцией. Некая компания, производящая автомобильные фары, делит светодиодный модуль мощностью 300 Вт на три субмодуля по 100 Вт. Каждый субмодуль имеет собственный канал отвода тепла, что снижает максимальную температуру перехода со 150 до 120 градусов.
3. Надежность системы: проверка связи нескольких физических полей.
1. Анализ термомеханического соединения: предотвращение разрушения материалов.
Во время испытания на циклическое изменение температуры от -40 до 125 градусов по Цельсию усталость паяного соединения может возникнуть из-за несовпадения коэффициентов теплового расширения (КТР) различных материалов. Одна компания, производящая авиационные фонари, применила анализ методом конечных элементов (FEA) для улучшения архитектуры печатной платы. Это позволило снизить разницу КТР между медной фольгой и керамической подложкой с 15 ppm/градус до 5 ppm/градус, а срок службы паяного соединения увеличился с 2000 до 10 000 циклов.
2. Испытание термооптической связи: управление изменениями цветовой температуры и потерями света.
Дрейф цветовой температуры мощных-светодиодов прямо пропорционален температуре перехода. Один производитель экранов установил испытательную платформу для термооптической связи и обнаружил, что дрейф цветовой температуры изменялся от 200К до 500К, когда температура перехода повышалась с 85 градусов до 125 градусов. Дрейф цветовой температуры сохранялся в пределах ±100К за счет улучшения способа нанесения люминофорного покрытия.
3. Долгосрочное-ускоренное старение: использование стандартов LM-80 и TM-21.
Стандарт испытаний LM-80 гласит, что лампа должна работать непрерывно в течение 6000 часов при трех разных температурах: 55 градусов, 85 градусов и 105 градусов. Затем алгоритм TM-21 используется для определения того, как долго он прослужит. Данные испытаний, проведенные одной компанией по промышленному освещению, показывают, что их лампам с керамической подложкой требуется 8000 часов, чтобы разложиться до 70% при температуре 105 градусов. Это намного больше, чем норма для отрасли, составляющая 50 000 часов.
4. Важнейшие технические тенденции в отрасли.
Отвод тепла с помощью жидкого металла. Жидкий металл на основе галлия- имеет теплопроводность 30 Вт/(м · К), что в 60 раз выше, чем у воды. Компания, производящая лазерные проекторы, использует микроканалы из жидкого металла для снижения температуры перехода источника света мощностью 3000 Вт до менее 80 градусов.
Пленка для отвода тепла графена: Теплопроводность однослойного графена составляет 5300 Вт/(м · К). Некая компания, производящая вспышки для мобильных телефонов, нанесла графеновое покрытие на заднюю панель светодиодов, благодаря чему тепло распространяется в три раза быстрее.
Материал с фазовым переходом (PCM). Компания, занимающаяся наружным освещением, помещает PCM на основе парафина-между ребрами рассеивания тепла. Этот материал поглощает тепло в течение дня и плавится, затем выделяет тепло ночью и затвердевает. Это снижает диапазон изменения дневной температуры узла на 15 градусов.