Які основні вимоги до упаковки та дизайну розсіювання тепла високо-ламп, щоб запобігти перегріванню та вплинути на термін їх служби?

一, Пакувальні матеріали: баланс між термодинамічними характеристиками та довгостроковою -стабільністю
1. Матеріал підкладки: заміна пластику на керамічну підкладку стала звичайною.
Традиційні пластикові підкладки (такі як FR-4) мають теплопровідність лише 0,3–0,5 Вт/(м·К), що означає, що лампи потужністю понад 50 Вт можуть легко отримати гарячі точки. Теплопровідність керамічної підкладки з нітриду алюмінію (AlN) може досягати 170–230 Вт/(м·K), а теплопровідність керамічної підкладки з оксиду алюмінію (Al₂O3) може бути лише 24–35 Вт/(м · K). Обидва ці матеріали можуть значно знизити термічний опір. Компанія Dinghongrun, наприклад, використовує світлодіодні чіпи з керамічною підкладкою з нітриду алюмінію. Після 1000 годин безперервного використання температура з’єднання на 25 градусів Цельсія нижча, ніж у виробів із пластикової підкладки, а швидкість деградації світла падає з 15% до 5%.
2. Флуоресцентний порошок і герметизуючий клей: попрацюйте разом, щоб зробити речі стійкими до високих температур і стабільними на світлі
-Потужні світлодіоди мають інтенсивність збудження синього світла, яка в 3–5 разів вища, ніж у звичайних виробів. Коли температура піднімається вище 150 градусів, традиційна силіконова упаковка може пожовтіти, що робить її менш ефективною для пропускання світла. Сучасна промисловість використовує органічний кремнієвий неорганічний композитний інкапсулюючий клей, який витримує температури від -60 градусів до 250 градусів. Після 1000 годин безперервного використання при температурі 200 градусів він усе ще пропускає понад 90% світла. Що стосується вибору люмінофорів, нітридні люмінофори (такі як - SiAlON: Eu ² ⁺) є найкращим вибором для ситуацій із високими температурами, як-от автомобільні фари, оскільки їхня квантова ефективність спадання на 40% нижча, ніж у стандартних люмінофорів YAG.
3. Твердий кристалічний матеріал: сріблястий клей із сильною теплопровідністю та евтектичною технологією зварювання
Традиційна термопаста має термостійкість 0,1–0,3 градуси·см²/Вт. Після затвердіння нано-срібної пасти термічний опір можна знизити до 0,02 градуса · см²/Вт. Певний виробник автомобільних фар використовує низько{5}}температурне евтектичне зварювання для безпосереднього з’єднання світлодіодних мікросхем із мідними підкладками. Це знижує термічний опір контакту з 0,5 градуса · см²/Вт до 0,05 градуса · см²/Вт і температуру з’єднання мікросхеми на 18 градусів.
2. Спосіб виділення тепла: канал із низьким-імпедансом від мікросхеми до зовнішнього світу
1. Теплопоглинальна пластина підкладки: мікроструктура посилена поперечною теплопровідністю
Тепло{0}}поглинаюча облицювальна плита повинна мати як високу площинність, так і високу поперечну швидкість теплопередачі. Фрезерний верстат обробляв теплопоглинаючі вкладиші-з алюмінієвого сплаву з шорсткістю поверхні Ra менше або дорівнює 0,8 мкм. Термічний опір контакту зі світлодіодними мікросхемами може бути нижче 0,01 градуса · см²/Вт. Певна компанія, яка виробляє промислове освітлення, створила мікроканальну структуру всередині пластини, що поглинає тепло. Це полегшило потік охолоджуючої рідини на 30% і покращило розсіювання тепла на 25% завдяки біоміметичній обробці поверхні листя лотоса.
2. Ребра для розсіювання тепла: конструкція, яка імітує природу та покращує потік повітря
Коли є природна конвекція, традиційні паралельні ребра також не розсіюють тепло. З іншого боку, біоміметичні плавники шкіри акули можуть зменшити товщину теплового прикордонного шару на 40%. Одна компанія, яка виробляє зовнішні дисплеї, використовує трапецієподібний дизайн ребер і змінює відстань між ребрами з 5 мм до 3 мм. Площа розсіювання тепла збільшується на 22%, а тепловий опір падає на 18% при швидкості вітру 2 м/с. Технологія теплових труб стала важливим рішенням для використання в невеликих приміщеннях. Спечені теплові трубки, які мають теплопровідність 5000 Вт/(м·K), використовуються одним виробником проекторів. Це більш ніж у 1000 разів краще, ніж чиста мідь.
3. Загальна структура: модульна конструкція та інтегроване-лиття під тиском
Інтегрований процес лиття-з алюмінієвого сплаву може позбутися термічного опору, який виникає від контакту в типових системах складання. Певний виробник вуличних ліхтарів використовує невід’ємний метод лиття-під тиском із алюмінієвого сплаву AA1070, щоб об’єднати кімнату джерела світла, електричну кімнату та оболонку розсіювання тепла. Це знижує термічний опір системи з 1,2 градуса/Вт до 0,8 градуса/Вт. Для високо-модулів потужності модульна конструкція стала трендом. Одна компанія, що виробляє автомобільні фари, ділить світлодіодний модуль 300 Вт на три субмодуля по 100 Вт. Кожен субмодуль має власний канал розсіювання тепла, який знижує максимальну температуру з’єднання зі 150 градусів до 120 градусів.
3. Надійність системи: перевірка зв’язку кількох фізичних полів
1. Тепломеханічний аналіз зв'язку: зупинка матеріалів від руйнування
Під час циклічного випробування температури від -40 до 125 градусів за Цельсієм може виникнути втома паяного з’єднання, коли коефіцієнти теплового розширення (КТР) різних матеріалів не збігаються. Певна компанія, яка виробляє авіаційні ліхтарі, застосувала аналіз кінцевих елементів (FEA), щоб покращити архітектуру друкованої плати. Це призвело до зменшення різниці КТР між мідною фольгою та керамічною підкладкою з 15 ppm/градус до 5 ppm/градус, а термін служби паяльного з’єднання збільшився з 2000 циклів до 10000 циклів.
2. Випробування теплового оптичного з’єднання: керування змінами колірної температури та втратою світла
Дрейф колірної температури потужних-світлодіодів прямо пропорційний температурі переходу. Спеціальний виробник дисплеїв створив тестову платформу для теплового оптичного зв'язку та виявив, що дрейф колірної температури змінювався від 200K до 500K, коли температура переходу переходила від 85 градусів до 125 градусів. Дрейф колірної температури утримувався в межах ± 100K завдяки покращенню способу нанесення люмінофорного покриття.
3. Тривале-прискорене старіння: використання стандартів LM-80 і TM-21
Стандарт тестування LM-80 говорить, що лампа повинна безперервно працювати протягом 6000 годин при трьох різних температурах: 55 градусів, 85 градусів і 105 градусів. Потім використовується алгоритм TM-21, щоб визначити, як довго це триватиме. Дані випробувань певної компанії промислового освітлення показують, що їхнім лампам на керамічній підкладці потрібно 8000 годин, щоб загаснути до 70% при 105 градусах. Це набагато довше норми для галузі, яка становить 50 000 годин.
4. Найважливіші технічні тенденції в галузі
Розсіювання тепла рідким металом: рідкий метал на основі галію має теплопровідність 30 Вт/(м · K), що в 60 разів перевищує теплопровідність води. Компанія, яка виробляє лазерні проектори, використовує мікроканали з рідкого металу, щоб охолодити температуру переходу джерела світла потужністю 3000 Вт до рівня менше 80 градусів.
Плівка для розсіювання тепла графеном: теплопровідність одно-шарового графену становить 5300 Вт/(м · К). Одна компанія, що виробляє спалахи для мобільних телефонів, нанесла графенове покриття на світлодіодні панелі, завдяки чому тепло поширюється втричі швидше.
Фазоперехідний матеріал (PCM): компанія, що займається зовнішнім освітленням, розміщує PCM на основі-парафіну між ребрами розсіювання тепла. Цей матеріал поглинає тепло вдень і плавиться, потім віддає тепло вночі і застигає. Це зменшує діапазон зміни денної температури переходу на 15 градусів.