Aşırı ısınmayı önlemek ve ömrünü etkilemek amacıyla yüksek-kuvvetli lambaların ambalajlanması ve ısı dağıtımı tasarımına ilişkin temel gereksinimler nelerdir?

一, Ambalaj malzemeleri: termodinamik özellikler ile uzun-vadeli stabilite arasında bir denge
1. Substrat malzemesi: Plastiğin seramik substratla değiştirilmesi yaygınlaştı.
Geleneksel plastik alt tabakalar (FR-4 gibi) yalnızca 0,3–0,5 W/(m · K) termal iletkenliğe sahiptir; bu, 50 W'tan fazla güce sahip ışıkların kolayca sıcak noktalara ulaşabileceği anlamına gelir. Alüminyum nitrür (AlN) seramik alt tabakanın ısıl iletkenliği 170–230 W/(m · K) kadar yüksek olabilir ve alüminyum oksit (Al ₂ O3) seramik alt tabakanın ısıl iletkenliği 24–35 W/(m · K) kadar düşük olabilir. Bu malzemelerin her ikisi de termal direnci büyük ölçüde azaltabilir. Örneğin Dinghongrun Şirketi, alüminyum nitrürden yapılmış seramik alt katmanlara sahip LED çipleri kullanıyor. Bağlantı sıcaklığı, 1000 saatlik sürekli kullanımdan sonra plastik alt tabaka ürünlerininkinden 25 santigrat derece daha düşüktür ve ışık bozulma oranı %15'ten %5'e düşer.
2. Floresan toz ve kapsülleyici yapıştırıcı: Nesneleri yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve ışıkta stabil hale getirmek için birlikte çalışırlar
Yüksek-güçlü LED'ler, normal ürünlere göre 3 ila 5 kat daha yüksek mavi ışık uyarım yoğunluklarına sahiptir. Sıcaklık 150 derecenin üzerine çıktığında geleneksel silikon ambalajlar sarıya dönebilir ve bu da ışığı geçirme konusunda daha az etkili olmasına neden olur. Çağdaş endüstri, -60 dereceden 250 dereceye kadar sıcaklıklara dayanabilen organik silikon inorganik kompozit kapsülleyici yapıştırıcı kullanıyor. 200 derecede 1000 saat sürekli kullanımdan sonra hala ışığın %90'ından fazlasının geçmesine izin verir. Fosfor seçimi söz konusu olduğunda, nitrür fosforlar (örneğin - SiAlON: Eu ² ⁺), kuantum verimliliği bozunma oranları standart YAG fosforlarından %40 daha düşük olduğundan araba farları gibi yüksek sıcaklık durumları için en iyi seçimdir.
3. Katı kristal malzeme: güçlü termal iletkenliğe ve ötektik kaynak teknolojisine sahip gümüş yapıştırıcı
Geleneksel termal macunun termal direnci 0,1–0,3 derece ·cm²/W'dir. Nano gümüş pasta sertleştikten sonra ısıl direnç 0,02 derece ·cm²/W'ye kadar düşürülebilir. Belirli bir otomobil far üreticisi, LED çiplerini doğrudan bakır alt tabakalara bağlamak için düşük-sıcaklık ötektik kaynağı kullanıyor. Bu, temas termal direncini 0,5 derece ·cm²/W'den 0,05 derece ·cm²/W'ye ve talaş bağlantı sıcaklığını 18 derece düşürür.
2, Isının yayılma şekli: çipten dış dünyaya düşük-empedanslı bir kanal
1. Isı emme astar plakası: mikro yapıyla güçlendirilmiş enine termal iletkenlik
Isıyı-emen astar plakasının hem yüksek bir düzlüğe hem de yüksek bir enine ısı aktarım hızına sahip olması gerekir. Freze makinesi, Ra'nın yüzey pürüzlülüğü 0,8 μm'den az veya ona eşit olan alüminyum alaşımlı ısı emici astar plakalarını- işledi. LED çipleri ile temas termal direnci 0,01 derece ·cm²/W'nin altında tutulabilmektedir. Endüstriyel aydınlatma yapan bir firma, ısıyı-emen astar plakasının içinde bir mikrokanal yapısı üretti. Bu, biyomimetik lotus yaprağı yüzey işlemi kullanılarak soğutma sıvısının akışını %30 daha kolay ve ısı dağılımını %25 daha iyi hale getirdi.
2. Isı dağıtım kanatçıkları: doğayı taklit eden ve hava akışını iyileştiren bir tasarım
Doğal konveksiyon olduğunda, geleneksel paralel kanatçıklar ısıyı da dağıtmaz. Öte yandan biyomimetik köpekbalığı derisi yapılı yüzgeçler, termal sınır tabakasının kalınlığını %40 oranında kesebilmektedir. Dış mekan vitrinleri üreten bir şirket trapez kanatçık tasarımı kullanıyor ve kanatçıklar arasındaki mesafeyi 5 mm'den 3 mm'ye değiştiriyor. Rüzgar hızı 2m/s olduğunda ısı yayılım alanı %22 artar ve termal direnç %18 düşer. Isı borusu teknolojisi küçük alanlarda kullanım için önemli bir çözüm haline geldi. Bir projektör üreticisi tarafından ısıl iletkenliği 5000W/(m · K) olan sinterlenmiş ısı boruları kullanılıyor. Bu, saf bakırdan 1000 kat daha iyidir.
3. Genel yapı: modüler tasarım ve entegre basınçlı-döküm
Entegre alüminyum alaşımlı basınçlı döküm işlemi{0}}, tipik montaj sistemlerinde temastan kaynaklanan termal dirençten kurtulabilir. Belirli bir sokak lambası üreticisi, ışık kaynağı odasını, elektrik odasını ve ısı dağıtma kabuğunu birleştirmek için AA1070 alüminyum alaşımlı entegre kalıp-döküm yöntemini kullanıyor. Bu, sistemin termal direncini 1,2 derece/W'den 0,8 derece/W'a düşürür. Yüksek-güçlü modüller için modüler tasarım bir trend haline geldi. Otomobil farları üreten bir firma, 300W LED modülünü 100W'lık üç alt modüle ayırıyor. Her alt modülün, maksimum bağlantı sıcaklığını 150 dereceden 120 dereceye düşüren kendi ısı dağıtım kanalı vardır.
3, Sistem güvenilirliği: birden fazla fiziksel alanın bağlantısının kontrol edilmesi
1. Termal mekanik bağlantı analizi: malzemelerin kırılmasının durdurulması
-40 ila 125 santigrat derece arasındaki sıcaklık döngüsü testi sırasında, farklı malzemelerin termal genleşme katsayıları (CTE) eşleşmediğinde lehim bağlantısı yorulması meydana gelebilir. Havacılık ışıkları üreten belirli bir şirket, PCB'nin mimarisini geliştirmek için sonlu elemanlar analizi (FEA) kullandı. Bu, bakır folyo ile seramik alt tabaka arasındaki CTE farkını 15 ppm/dereceden 5 ppm/dereceye düşürdü ve lehim birleşiminin ömrünü 2000 döngüden 10000 döngüye çıkardı.
2. Termal optik bağlantı testi: renk sıcaklığı ve ışık kaybındaki değişiklikleri yönetme
Yüksek-güçlü LED'lerin renk sıcaklığı kayması bağlantı sıcaklığıyla doğru orantılıdır. Belirli bir ekran üreticisi, termal optik bağlantı için bir test platformu kurdu ve bağlantı sıcaklığı 85 dereceden 125 dereceye çıktığında renk sıcaklığı kaymasının 200K'dan 500K'ya çıktığını buldu. Fosfor kaplamanın yapılma şekli iyileştirilerek renk sıcaklığı sapması ± 100K dahilinde tutuldu.
3. Uzun-dönemde hızlandırılmış eskitme: LM-80 ve TM-21 standartlarının kullanılması
LM-80 test standardı, lambanın üç farklı sıcaklıkta 6000 saat boyunca sürekli çalışması gerektiğini söylüyor: 55 derece, 85 derece ve 105 derece. Daha sonra ne kadar süreceğini hesaplamak için TM-21 algoritması kullanılıyor. Belirli bir endüstriyel aydınlatma şirketinden alınan test verileri, seramik alt tabaka lambalarının 105 derecede %70'e kadar sönmesinin 8000 saat sürdüğünü göstermektedir. Bu, endüstri için geçerli olan 50.000 saat normundan çok daha uzundur.
4. Sektördeki en önemli teknik trendler
Sıvı metal kullanılarak ısı dağıtımı: Galyum-bazlı sıvı metal, suyunkinden 60 kat daha fazla olan 30W/(m · K) değerinde bir termal iletkenliğe sahiptir. Lazer projektör üreten bir şirket, 3000W'lık bir ışık kaynağının bağlantı sıcaklığını 80 derecenin altına düşürmek için sıvı metal mikrokanallar kullanıyor.
Grafen ısı dağılımı için film: Tek-katmanlı grafenin termal iletkenliği 5300W/(m · K)'dir. Cep telefonu flaşı üreten bir şirket, LED arka plakalarına ısının üç kat daha hızlı yayılmasını sağlayan grafen kaplama yerleştirdi.
Faz değiştiren malzeme (PCM): Bir dış aydınlatma şirketi, ısı dağıtma kanatçıkları arasına parafin{0}}bazlı PCM koyuyor. Bu malzeme gündüzleri ısıyı emerek erir, geceleri ise ısıyı açığa çıkararak katılaşır. Bu, gündüz kavşak sıcaklığı değişim aralığını 15 derece azaltır.