Care sunt cerințele cheie pentru proiectarea ambalajului și a disipării căldurii a lămpilor-de înaltă rezistență pentru a preveni supraîncălzirea și a afecta durata de viață a acestora?

一, Materiale de ambalare: un echilibru între caracteristicile termodinamice și stabilitatea-pe termen lung
1. Materialul substratului: Înlocuirea plasticului cu substrat ceramic a devenit obișnuită.
Substraturile tradiționale din plastic (cum ar fi FR-4) au o conductivitate termică de numai 0,3–0,5 W/(m · K), ceea ce înseamnă că luminile cu o putere mai mare de 50 W pot obține cu ușurință puncte fierbinți. Conductivitatea termică a substratului ceramic cu nitrură de aluminiu (AlN) poate fi de până la 170–230 W/(m · K), iar conductivitatea termică a substratului ceramic cu oxid de aluminiu (Al ₂ O3) poate fi de până la 24–35 W/(m · K). Ambele materiale pot scădea foarte mult rezistența termică. Compania Dinghongrun, de exemplu, folosește cipuri LED cu substraturi ceramice din nitrură de aluminiu. Temperatura de joncțiune este cu 25 de grade Celsius mai mică decât cea a produselor din substrat plastic după 1000 de ore de utilizare continuă, iar rata de degradare a luminii scade de la 15% la 5%.
2. Pulbere fluorescentă și adeziv de încapsulare: lucrează împreună pentru a face lucrurile rezistente la temperaturi ridicate și stabile la lumină
LED-urile-de putere mare au intensități de excitare a luminii albastre care sunt de 3 până la 5 ori mai mari decât cele ale produselor obișnuite. Când temperatura depășește 150 de grade, ambalajul tradițional din silicon poate deveni galben, ceea ce îl face mai puțin eficient în a lăsa lumina să treacă. Industria contemporană folosește un adeziv de încapsulare compozit anorganic de siliciu organic care poate suporta temperaturi de la -60 de grade la 250 de grade . După 1000 de ore de utilizare continuă la 200 de grade, încă lasă mai mult de 90% din lumină să treacă. Când vine vorba de alegerea fosforilor, fosforii cu nitrură (cum ar fi - SiAlON: Eu ² ⁺) sunt cea mai bună alegere pentru situații de temperatură ridicată, cum ar fi farurile auto, deoarece rata lor de degradare a eficienței cuantice este cu 40% mai mică decât cea a fosforilor standard YAG.
3. Material cristal solid: adeziv argint cu conductivitate termică puternică și tehnologie de sudare eutectică
Pasta termică tradițională are o rezistență termică de 0,1–0,3 grade ·cm²/W. După ce pasta de argint nano se întărește, rezistența termică poate fi scăzută la 0,02 grade ·cm²/W. Un anume producător de faruri de automobile folosește sudare eutectică la temperatură joasă-pentru a conecta direct cipurile LED la substraturi de cupru. Acest lucru scade rezistența termică de contact de la 0,5 grade ·cm²/W la 0,05 grade ·cm²/W și temperatura joncțiunii cipului cu 18 grade.
2, Modul în care este eliberată căldura: o conductă cu impedanță redusă-de la cip către lumea exterioară
1. Placă de căptușeală de absorbție a căldurii: conductivitate termică transversală întărită cu microstructură
Placa de căptușeală-absorbantă de căldură trebuie să aibă atât o planeitate ridicată, cât și o rată mare de transfer de căldură transversal. Mașina de frezat a prelucrat plăci de căptușeală-absorbante de căldură din aliaj de aluminiu cu o rugozitate a suprafeței de Ra Mai mică sau egală cu 0,8 μm. Rezistența termică de contact cu cipurile LED poate fi menținută sub 0,01 grade ·cm²/W. O anumită companie care produce iluminat industrial a produs o structură cu microcanale în interiorul plăcii de căptușeală-absorbantă de căldură. Acest lucru a făcut curgerea lichidului de răcire cu 30% mai ușoară și disiparea căldurii cu 25% mai bună prin utilizarea unui tratament biomimetic al suprafeței frunzelor de lotus.
2. Aripioare de disipare a căldurii: un design care imită natura și îmbunătățește fluxul de aer
Când există convecție naturală, aripioarele paralele tradiționale nu disipă nici căldura. Pe de altă parte, aripioarele biomimetice ale structurii pielii de rechin pot reduce grosimea stratului limită termic cu 40%. O companie care face afișaje în aer liber folosește un design trapezoidal și modifică distanța dintre aripioare de la 5 mm la 3 mm. Zona de disipare a căldurii crește cu 22% iar rezistența termică scade cu 18% când viteza vântului este de 2m/s. Tehnologia conductelor termice a devenit o soluție importantă pentru utilizarea în spații mici. Conductele de căldură sinterizate, care au o conductivitate termică de 5000 W/(m · K), sunt folosite de un producător de proiectoare. Acesta este de peste 1000 de ori mai bun decât cuprul pur.
3. Structura generală: design modular și turnare sub presiune integrată
Procesul de turnare sub presiune din aliaj de aluminiu integrat poate elimina rezistența termică care vine de la contact în sistemele de asamblare obișnuite. Un anume producător de lampi stradale folosește metoda de turnare sub presiune din aliaj de aluminiu AA1070-pentru a combina camera sursei de lumină, camera electrică și carcasa de disipare a căldurii. Acest lucru scade rezistența termică a sistemului de la 1,2 grade /W la 0,8 grade /W. Pentru modulele-de putere mare, designul modular a devenit o tendință. O anumită companie care produce faruri pentru automobile împarte modulul LED de 300W în trei submodule de 100W. Fiecare submodul are propriul canal de disipare a căldurii, care scade temperatura maximă a joncțiunii de la 150 de grade la 120 de grade.
3, Fiabilitatea sistemului: verificarea conectivității mai multor câmpuri fizice
1. Analiza cuplajului termomecanic: oprirea ruperii materialelor
În timpul testului de ciclizare a temperaturii de la -40 la 125 de grade Celsius, oboseala îmbinării de lipit poate apărea atunci când coeficienții de dilatare termică (CTE) ai diferitelor materiale nu se potrivesc. O anumită companie care produce lumini pentru aviație a folosit analiza cu elemente finite (FEA) pentru a îmbunătăți arhitectura PCB-ului. Acest lucru a adus diferența CTE dintre folia de cupru și substratul ceramic să scadă de la 15 ppm/grad la 5 ppm/grad și durata de viață a îmbinării de lipit a crescut de la 2000 de cicluri la 10000 de cicluri.
2. Test de cuplare optică termică: gestionarea modificărilor temperaturii culorii și pierderii de lumină
Deviația temperaturii de culoare a LED-urilor-de putere mare este direct proporțională cu temperatura joncțiunii. Un producător specific de ecrane de afișare a creat o platformă de testare pentru cuplarea optică termică și a constatat că variația temperaturii culorii a trecut de la 200K la 500K când temperatura joncțiunii a trecut de la 85 de grade la 125 de grade. Derivarea temperaturii culorii a fost menținută în ± 100K prin îmbunătățirea modului în care a fost realizată acoperirea cu fosfor.
3. -Îmbătrânire accelerată pe termen lung: folosind standardele LM-80 și TM-21
Standardul de testare LM-80 spune că lampa trebuie să funcționeze continuu timp de 6000 de ore la trei temperaturi diferite: 55 de grade, 85 de grade și 105 de grade. Apoi, algoritmul TM-21 este folosit pentru a afla cât va dura. Datele de testare de la o anumită companie de iluminat industrial arată că lămpile lor cu substrat ceramic durează 8000 de ore până la 70% la 105 de grade. Aceasta este mult mai lungă decât norma pentru industrie, care este de 50000 de ore.
4. Cele mai importante tendințe tehnice din industrie
Disiparea căldurii folosind metal lichid: metalul lichid pe bază de galiu-are o conductivitate termică de 30 W/(m · K), care este de 60 de ori mai mare decât cea a apei. O companie care produce proiectoare laser folosește microcanale din metal lichid pentru a răci temperatura de joncțiune a unei surse de lumină de 3000 W la mai puțin de 80 de grade.
Film pentru disiparea căldurii cu grafen: conductivitatea termică a grafenului cu un singur strat este de 5300 W/(m · K). O anumită companie care produce blitzuri pentru telefoane mobile a pus un strat de grafen pe plăcile din spate LED, ceea ce face ca căldura să se răspândească de trei ori mai rapid.
Material cu schimbare de fază (PCM): o companie de iluminat exterior pune PCM pe bază de parafină{0}}între aripioarele de disipare a căldurii. Acest material absoarbe căldura în timpul zilei și se topește, apoi eliberează căldură noaptea și se solidifică. Acest lucru reduce intervalul de schimbări de temperatură în timpul zilei cu 15 grade.