Какви са основните изисквания за дизайна на опаковката и разсейването на топлината на лампи с висока{0}}якост, за да се предотврати прегряване и да се повлияе на продължителността на живота им?

一, Опаковъчни материали: баланс между термодинамични характеристики и дългосрочна -стабилност
1. Материалът на субстрата: Замяната на пластмаса с керамичен субстрат е станала обичайна.
Традиционните пластмасови субстрати (като FR-4) имат топлопроводимост от само 0,3–0,5 W/(m · K), което означава, че светлини с мощност над 50 W могат лесно да получат горещи точки. Топлопроводимостта на керамичния субстрат от алуминиев нитрид (AlN) може да достигне 170–230 W/(m · K), а топлопроводимостта на керамичния субстрат от алуминиев оксид (Al ₂ O3) може да бъде толкова ниска, колкото 24–35 W/(m · K). И двата материала могат значително да намалят термичната устойчивост. Компанията Dinghongrun, например, използва LED чипове с керамични субстрати, направени от алуминиев нитрид. Температурата на свързване е с 25 градуса по Целзий по-ниска от тази на пластмасови субстратни продукти след 1000 часа непрекъсната употреба, а степента на разграждане на светлината пада от 15% на 5%.
2. Флуоресцентен прах и капсулиращо лепило: работете заедно, за да направите нещата устойчиви на високи температури и стабилни на светлина
Високо{0}}мощните светодиоди имат интензитет на възбуждане на синята светлина, който е 3 до 5 пъти по-висок от този на обикновените продукти. Когато температурата надхвърли 150 градуса, традиционната силиконова опаковка може да пожълтее, което я прави по-малко ефективна при пропускане на светлина. Съвременната индустрия използва органично силициево неорганично композитно капсулиращо лепило, което може да издържа на температури от -60 градуса до 250 градуса. След 1000 часа непрекъсната употреба при 200 градуса, той все още пропуска повече от 90% светлина. Що се отнася до избора на луминофори, нитридните луминофори (като - SiAlON: Eu ² ⁺) са най-добрият избор за високотемпературни ситуации като автомобилни фарове, тъй като степента на намаляване на тяхната квантова ефективност е 40% по-ниска от тази на стандартните YAG луминофори.
3. Твърд кристален материал: сребърно лепило със силна топлопроводимост и евтектична технология за заваряване
Традиционната термична паста има термична устойчивост от 0,1–0,3 градуса ·cm²/W. След като нано сребърната паста се втвърди, термичното съпротивление може да бъде намалено до 0,02 градуса ·cm²/W. Определен производител на автомобилни фарове използва ниско{5}}температурно евтектично заваряване за директно свързване на LED чипове към медни субстрати. Това намалява контактното термично съпротивление от 0,5 градуса ·cm²/W до 0,05 градуса ·cm²/W и температурата на свързване на чипа с 18 градуса.
2, Начинът, по който се отделя топлината: тръбопровод с нисък-импеданс от чипа към външния свят
1. Топлопоглъщаща облицовъчна плоча: напречна топлопроводимост с подсилена микроструктура
Топло{0}}поглъщащата облицовъчна плоча трябва да има както висока плоскост, така и висока напречна скорост на топлопредаване. Фрезата обработи алуминиева сплав, поглъщаща топлина-облицовъчни плочи с грапавост на повърхността Ra По-малка или равна на 0,8 μm. Контактното термично съпротивление с LED чипове може да се поддържа под 0,01 градуса ·cm²/W. Определена компания, която произвежда промишлено осветление, създаде микроканална структура вътре в топло{7}}поглъщащата облицовъчна плоча. Това направи потока на охлаждащата течност с 30% по-лесен и разсейването на топлината с 25% по-добро чрез използване на биомиметична повърхностна обработка на лотосови листа.
2. Перки за разсейване на топлината: дизайн, който имитира природата и подобрява въздушния поток
Когато има естествена конвекция, традиционните паралелни перки не разсейват топлината също така. От друга страна, перките с биомиметична структура на кожата на акула могат да намалят дебелината на термичния граничен слой с 40%. Една компания, която произвежда външни дисплеи, използва трапецовиден дизайн на перките и променя разстоянието между перките от 5 мм на 3 мм. Площта за разсейване на топлината нараства с 22%, а термичното съпротивление пада с 18%, когато скоростта на вятъра е 2m/s. Технологията на топлинните тръби се превърна във важно решение за използване в малки пространства. Спечени топлинни тръби, които имат топлопроводимост от 5000 W/(m · K), се използват от един производител на проектори. Това е повече от 1000 пъти по-добро от чистата мед.
3. Цялостна структура: модулен дизайн и интегрирано леене-под налягане
Интегрираният процес на{0}}леене под налягане от алуминиева сплав може да се отърве от термичното съпротивление, което идва от контакта в типичните системи за сглобяване. Определен производител на улични лампи използва интегралния метод за леене-на алуминиева сплав AA1070, за да комбинира помещението за източник на светлина, електрическото помещение и кожуха за разсейване на топлината. Това намалява термичното съпротивление на системата от 1,2 градуса /W на 0,8 градуса /W. За модулите с висока-мощност модулният дизайн се превърна в тенденция. Една компания, която произвежда автомобилни фарове, разделя 300W LED модула на три 100W подмодула. Всеки подмодул има собствен канал за разсейване на топлината, който понижава максималната температура на свързване от 150 градуса на 120 градуса.
3, Надеждност на системата: проверка на свързаността на множество физически полета
1. Анализ на термично механично свързване: спиране на материалите от счупване
По време на теста за температурни цикли от -40 до 125 градуса по Целзий може да възникне умора на спойката, когато коефициентите на топлинно разширение (CTE) на различни материали не съвпадат. Определена компания, която произвежда авиационни светлини, използва анализ на крайните елементи (FEA), за да подобри архитектурата на печатната платка. Това доведе до намаляване на CTE разликата между медното фолио и керамичния субстрат от 15 ppm/градус на 5ppm/градус и живота на спойката се увеличи от 2000 цикъла на 10 000 цикъла.
2. Тест за термично оптично свързване: управление на промените в цветовата температура и загубата на светлина
Дрейфът на цветната температура на високо{0}}мощните светодиоди е право пропорционален на температурата на прехода. Конкретен производител на дисплеи създаде платформа за тестване на термично оптично свързване и установи, че отклонението на цветовата температура преминава от 200K до 500K, когато температурата на свързване преминава от 85 градуса на 125 градуса. Дрейфът на цветната температура се поддържа в рамките на ± 100K чрез подобряване на начина, по който е направено фосфорното покритие.
3. Дългосрочно-ускорено стареене: използване на стандартите LM-80 и TM-21
Стандартът за изпитване LM-80 казва, че лампата трябва да работи непрекъснато в продължение на 6000 часа при три различни температури: 55 градуса, 85 градуса и 105 градуса. След това алгоритъмът TM-21 се използва, за да се разбере колко дълго ще продължи. Данните от тестовете на определена компания за индустриално осветление показват, че техните лампи с керамичен субстрат отнемат 8000 часа, за да се разпаднат до 70% при 105 градуса. Това е много повече от нормата за индустрията, която е 50 000 часа.
4. Най-важните технически тенденции в индустрията
Разсейване на топлината с помощта на течен метал: Течният метал на основата на галий- има топлопроводимост от 30 W/(m · K), което е 60 пъти по-голямо от това на водата. Компания, която произвежда лазерни проектори, използва микроканали от течен метал, за да охлади температурата на свързване на източник на светлина от 3000 W до по-малко от 80 градуса.
Филм за разсейване на топлината от графен: Топлинната проводимост на един-слойния графен е 5300 W/(m · K). Определена компания, която произвежда светкавици за мобилни телефони, е поставила графеново покритие върху LED панелите, което прави разпространението на топлина три пъти по-бързо.
Материал за промяна на фазата (PCM): Компания за външно осветление поставя PCM на базата на парафин- между ребрата за разсейване на топлината. Този материал абсорбира топлина през деня и се топи, след което освобождава топлина през нощта и се втвърдява. Това намалява обхвата на дневните промени на температурата на кръстовището с 15 градуса.