Koji su ključni zahtjevi za dizajn pakiranja i rasipanja topline jakih-žarulja kako bi se spriječilo pregrijavanje i utjecalo na njihov vijek trajanja?

一, Materijali za pakiranje: ravnoteža između termodinamičkih karakteristika i dugoročne stabilnosti-
1. Materijal podloge: Zamjena plastike keramičkom podlogom postala je uobičajena.
Tradicionalne plastične podloge (kao što je FR-4) imaju toplinsku vodljivost od samo 0,3–0,5 W/(m · K), što znači da svjetla s više od 50 W snage mogu lako dobiti vruće točke. Toplinska vodljivost keramičke podloge od aluminijeva nitrida (AlN) može biti čak 170–230 W/(m · K), a toplinska vodljivost keramičke podloge od aluminijeva oksida (Al ₂ O3) može biti samo 24–35 W/(m · K). Oba ova materijala mogu znatno smanjiti toplinski otpor. Tvrtka Dinghongrun, na primjer, koristi LED čipove s keramičkim podlogama od aluminijevog nitrida. Temperatura spoja je 25 stupnjeva Celzijusa niža nego kod plastičnih supstratnih proizvoda nakon 1000 sati neprekidne upotrebe, a stopa degradacije svjetlosti pada s 15% na 5%.
2. Fluorescentni prah i ljepilo za kapsuliranje: zajedno napravite stvari otporne na visoke temperature i postojane na svjetlu
LED-jake snage imaju intenzitet pobude plavog svjetla koji je 3 do 5 puta veći od intenziteta običnih proizvoda. Kada temperatura prijeđe 150 stupnjeva, tradicionalno silikonsko pakiranje može požutjeti, što ga čini manje učinkovitim u propuštanju svjetlosti. Suvremena industrija koristi anorgansko kompozitno ljepilo za kapsuliranje organskog silicija koje može podnijeti temperature od -60 stupnjeva do 250 stupnjeva. Nakon 1000 sati kontinuirane upotrebe na 200 stupnjeva, još uvijek propušta više od 90% svjetla. Kada je riječ o odabiru fosfora, nitridni fosfor (kao što je - SiAlON: Eu ² ⁺) najbolji su izbor za situacije s visokom temperaturom kao što su prednja svjetla automobila budući da je njihova kvantna stopa opadanja učinkovitosti 40% niža nego kod standardnih YAG fosfora.
3. Čvrsti kristalni materijal: srebrno ljepilo s jakom toplinskom vodljivošću i eutektičkom tehnologijom zavarivanja
Tradicionalna termalna pasta ima otpornost na toplinu od 0,1–0,3 stupnja ·cm²/W. Nakon što se nano srebrna pasta stvrdne, toplinski otpor može se smanjiti na 0,02 stupnja ·cm²/W. Određeni proizvođač automobilskih prednjih svjetala koristi eutektičko zavarivanje na niskim-temperaturama za izravno povezivanje LED čipova s ​​bakrenim podlogama. To smanjuje kontaktni toplinski otpor s 0,5 stupnjeva ·cm²/W na 0,05 stupnjeva ·cm²/W i temperaturu spoja čipa za 18 stupnjeva.
2, Način na koji se oslobađa toplina: cijev niske-impedancije od čipa do vanjskog svijeta
1. Obložna ploča za apsorpciju topline: poprečna toplinska vodljivost ojačana mikrostrukturom
Obložna ploča koja-upija toplinu mora imati i visoku ravnost i visoku poprečnu brzinu prijenosa topline. Stroj za mljevenje obradio je toplinski-ploče obloge od aluminijske legure s površinskom hrapavošću Ra manjom ili jednakom 0,8 μm. Kontaktni toplinski otpor s LED čipovima može se držati ispod 0,01 stupnja ·cm²/W. Određena tvrtka koja proizvodi industrijsku rasvjetu proizvela je mikrokanalnu strukturu unutar obložne ploče-koja apsorbira toplinu. To je omogućilo protok rashladne tekućine 30% lakši, a odvođenje topline 25% bolje korištenjem biomimetičke obrade površine lotosovog lista.
2. Rebra za raspršivanje topline: dizajn koji oponaša prirodu i poboljšava protok zraka
Kada postoji prirodna konvekcija, tradicionalne paralelne peraje ne rasipaju toplinu dobro. S druge strane, biomimetičke peraje strukture kože morskog psa mogu smanjiti debljinu toplinskog graničnog sloja za 40%. Jedna tvrtka koja proizvodi vanjske zaslone koristi trapezoidni dizajn peraja i mijenja razmak između peraja s 5 mm na 3 mm. Područje za odvođenje topline raste za 22%, a toplinski otpor pada za 18% kada je brzina vjetra 2m/s. Tehnologija toplinskih cijevi postala je važno rješenje za korištenje u malim prostorima. Sinterirane toplinske cijevi, koje imaju toplinsku vodljivost od 5000 W/(m·K), koristi jedan proizvođač projektora. Ovo je više od 1000 puta bolje od čistog bakra.
3. Ukupna struktura: modularni dizajn i integrirano-lijevanje pod pritiskom
Integrirani proces-lijevanja pod pritiskom od aluminijske legure može se osloboditi toplinskog otpora koji dolazi od kontakta u tipičnim sustavima sastavljanja. Određeni proizvođač uličnih svjetiljki koristi AA1070 metodu integralnog tlačnog lijevanja-od aluminijske legure kako bi kombinirao prostoriju s izvorom svjetla, električnu sobu i školjku za raspršivanje topline. To smanjuje toplinski otpor sustava s 1,2 stupnja /W na 0,8 stupnjeva /W. Za module velike-snage, modularni dizajn je postao trend. Određena tvrtka koja proizvodi automobilska svjetla dijeli LED modul od 300W na tri podmodula od 100W. Svaki podmodul ima vlastiti kanal za raspršivanje topline, koji snižava maksimalnu temperaturu spoja sa 150 stupnjeva na 120 stupnjeva.
3, Pouzdanost sustava: provjera povezanosti više fizičkih polja
1. Termička mehanička analiza spoja: sprječavanje loma materijala
Tijekom testiranja temperaturnih ciklusa od -40 do 125 stupnjeva Celzijusa, može doći do zamora lemljenih spojeva kada se koeficijenti toplinske ekspanzije (CTE) različitih materijala ne podudaraju. Određena tvrtka koja proizvodi zrakoplovna svjetla koristila je analizu konačnih elemenata (FEA) kako bi poboljšala arhitekturu PCB-a. Ovo je dovelo do smanjenja CTE razlike između bakrene folije i keramičke podloge sa 15 ppm/stupnju na 5 ppm/stupnju, a životni vijek spoja za lemljenje porastao je s 2000 ciklusa na 10000 ciklusa.
2. Ispitivanje toplinske optičke sprege: upravljanje promjenama temperature boje i gubitkom svjetla
Pomicanje temperature boje LED-a velike-snage izravno je proporcionalno temperaturi spoja. Specifični proizvođač zaslona postavio je platformu za testiranje termalnog optičkog spajanja i otkrio da je pomak temperature boje išao od 200K do 500K kada je temperatura spoja išla od 85 stupnjeva do 125 stupnjeva. Pomak temperature boje održavan je unutar ± 100K poboljšanjem načina na koji je napravljena fosforna prevlaka.
3. Dugoročno-ubrzano starenje: korištenje standarda LM-80 i TM-21
Standard testiranja LM-80 kaže da lampa mora neprekidno raditi 6000 sati na tri različite temperature: 55 stupnjeva, 85 stupnjeva i 105 stupnjeva. Zatim se koristi algoritam TM-21 da se utvrdi koliko će trajati. Podaci o ispitivanju određene tvrtke za industrijsku rasvjetu pokazuju da njihovim žaruljama na keramičkoj podlozi treba 8000 sati da se raspadnu do 70% na 105 stupnjeva. To je daleko duže od norme za industriju, koja iznosi 50 000 sati.
4. Najvažniji tehnički trendovi u industriji
Rasipanje topline pomoću tekućeg metala: tekući metal na bazi galija ima toplinsku vodljivost od 30 W/(m · K), što je 60 puta više od vode. Tvrtka koja proizvodi laserske projektore koristi mikrokanale tekućeg metala za hlađenje spojne temperature izvora svjetlosti od 3000 W na manje od 80 stupnjeva.
Film za odvođenje topline od grafena: toplinska vodljivost jedno-slojnog grafena je 5300 W/(m · K). Izvjesna tvrtka koja proizvodi bljeskalice za mobilne telefone stavila je grafenski premaz na LED stražnje ploče, čime se toplina širi tri puta brže.
Materijal s promjenom faze (PCM): tvrtka za vanjsku rasvjetu stavlja PCM na bazi -parafina između rebara za raspršivanje topline. Ovaj materijal upija toplinu tijekom dana i topi se, a zatim otpušta toplinu noću i stvrdnjava se. Ovo smanjuje raspon dnevnih promjena temperature spoja za 15 stupnjeva.