Ποιες είναι οι βασικές απαιτήσεις για τη συσκευασία και το σχεδιασμό απαγωγής θερμότητας των λαμπτήρων υψηλής-αντοχής για την αποφυγή υπερθέρμανσης και την επίδραση της διάρκειας ζωής τους;

一, Υλικά συσκευασίας: ισορροπία μεταξύ θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών και μακροπρόθεσμης σταθερότητας-
1. Το υλικό του υποστρώματος: Η αντικατάσταση πλαστικού με κεραμικό υπόστρωμα έχει γίνει κοινή.
Τα παραδοσιακά πλαστικά υποστρώματα (όπως το FR-4) έχουν θερμική αγωγιμότητα μόνο 0,3–0,5 W/(m · K), πράγμα που σημαίνει ότι τα φώτα με ισχύ μεγαλύτερη από 50 W μπορούν εύκολα να βρουν καυτά σημεία. Η θερμική αγωγιμότητα του κεραμικού υποστρώματος νιτριδίου αλουμινίου (AlN) μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 170–230 W/(m · K) και η θερμική αγωγιμότητα του κεραμικού υποστρώματος οξειδίου του αλουμινίου (Al 2 O3) μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο 24–35 W/(m · K). Και τα δύο αυτά υλικά μπορούν να μειώσουν σημαντικά τη θερμική αντίσταση. Η Dinghongrun Company, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί τσιπ LED με κεραμικά υποστρώματα από νιτρίδιο αλουμινίου. Η θερμοκρασία σύνδεσης είναι 25 βαθμούς Κελσίου χαμηλότερη από αυτή των προϊόντων πλαστικού υποστρώματος μετά από 1000 ώρες συνεχούς χρήσης και ο ρυθμός αποικοδόμησης του φωτός μειώνεται από 15% σε 5%.
2. Φθορίζουσα σκόνη και συγκολλητική ουσία: συνεργαστείτε για να κάνετε τα πράγματα ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες και σταθερά στο φως
Τα LED υψηλής ισχύος-έχουν εντάσεις διέγερσης μπλε φωτός που είναι 3 έως 5 φορές υψηλότερες από αυτές των κανονικών προϊόντων. Όταν η θερμοκρασία ξεπερνά τους 150 βαθμούς, η παραδοσιακή συσκευασία σιλικόνης μπορεί να γίνει κίτρινη, γεγονός που την καθιστά λιγότερο αποτελεσματική στο να περνάει το φως. Η σύγχρονη βιομηχανία χρησιμοποιεί μια οργανική ανόργανη σύνθετη κόλλα ενθυλάκωσης πυριτίου που μπορεί να χειριστεί θερμοκρασίες από -60 βαθμούς έως 250 βαθμούς. Μετά από 1000 ώρες συνεχούς χρήσης στους 200 βαθμούς, αφήνει ακόμα περισσότερο από το 90% του φωτός να περάσει. Όσον αφορά την επιλογή φωσφόρων, οι φωσφόροι νιτριδίου (όπως - SiAlON: Eu ² ⁺) είναι η καλύτερη επιλογή για καταστάσεις υψηλής θερμοκρασίας όπως οι προβολείς αυτοκινήτων, καθώς ο ρυθμός αποσύνθεσης της κβαντικής τους απόδοσης είναι 40% χαμηλότερος από αυτόν των τυπικών φωσφόρων YAG.
3. Στερεό κρυστάλλινο υλικό: ασημένια κόλλα με ισχυρή θερμική αγωγιμότητα και τεχνολογία ευτηκτικής συγκόλλησης
Η παραδοσιακή θερμική πάστα έχει θερμική αντίσταση 0,1–0,3 μοίρες ·cm²/W. Μετά τη σκλήρυνση της πάστας νανοαργύρου, η θερμική αντίσταση μπορεί να μειωθεί στους 0,02 βαθμούς ·cm²/W. Ένας συγκεκριμένος κατασκευαστής προβολέων αυτοκινήτων χρησιμοποιεί ευτηκτική συγκόλληση χαμηλής-θερμοκρασίας για να συνδέσει απευθείας τσιπ LED με χάλκινα υποστρώματα. Αυτό μειώνει τη θερμική αντίσταση επαφής από 0,5 μοίρες ·cm²/W σε 0,05 μοίρες ·cm²/W και τη θερμοκρασία σύνδεσης του τσιπ κατά 18 βαθμούς.
2, Ο τρόπος με τον οποίο απελευθερώνεται η θερμότητα: ένας αγωγός χαμηλής-σύνθετης αντίστασης από το τσιπ στον έξω κόσμο
1. Πλάκα επένδυσης απορρόφησης θερμότητας: εγκάρσια θερμική αγωγιμότητα ενισχυμένη με μικροδομή
Η πλάκα επένδυσης{0}}απορρόφησης θερμότητας πρέπει να έχει τόσο υψηλή επιπεδότητα όσο και υψηλό ρυθμό εγκάρσιας μεταφοράς θερμότητας. Η μηχανή φρεζαρίσματος επεξεργάστηκε πλάκες επένδυσης απορρόφησης θερμότητας από κράμα αλουμινίου-με τραχύτητα επιφάνειας Ra Μικρότερη ή ίση με 0,8 μm. Η θερμική αντίσταση επαφής με τα τσιπ LED μπορεί να διατηρηθεί κάτω από 0,01 μοίρες ·cm²/W. Μια συγκεκριμένη εταιρεία που κατασκευάζει βιομηχανικούς φωτισμούς παρήγαγε μια δομή μικροκαναλιού μέσα στην πλάκα επένδυσης-απορρόφησης θερμότητας. Αυτό έκανε τη ροή του ψυκτικού μέσου κατά 30% ευκολότερη και τη διάχυση θερμότητας κατά 25% καλύτερη, χρησιμοποιώντας μια βιομιμητική επεξεργασία επιφάνειας φύλλων λωτού.
2. Πτερύγια απαγωγής θερμότητας: σχέδιο που μιμείται τη φύση και βελτιώνει τη ροή του αέρα
Όταν υπάρχει φυσική μεταφορά, τα παραδοσιακά παράλληλα πτερύγια δεν διαχέουν επίσης τη θερμότητα. Από την άλλη πλευρά, τα πτερύγια της βιομιμητικής δομής του δέρματος καρχαρία μπορούν να μειώσουν το πάχος του θερμικού οριακού στρώματος κατά 40%. Μια εταιρεία που κατασκευάζει οθόνες εξωτερικού χώρου χρησιμοποιεί τραπεζοειδές σχέδιο πτερυγίων και αλλάζει την απόσταση μεταξύ των πτερυγίων από 5 mm σε 3 mm. Η περιοχή για την απαγωγή θερμότητας αυξάνεται κατά 22% και η θερμική αντίσταση πέφτει κατά 18% όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι 2 m/s. Η τεχνολογία σωλήνων θερμότητας έχει γίνει μια σημαντική λύση για χρήση σε μικρούς χώρους. Οι πυροσυσσωματωμένοι σωλήνες θερμότητας, οι οποίοι έχουν θερμική αγωγιμότητα 5000 W/(m · K), χρησιμοποιούνται από έναν κατασκευαστή προβολέων. Αυτό είναι περισσότερο από 1000 φορές καλύτερο από τον καθαρό χαλκό.
3. Συνολική δομή: αρθρωτός σχεδιασμός και ενσωματωμένη χύτευση-
Η διαδικασία χύτευσης με μήτρα{0}}ενσωματωμένου κράματος αλουμινίου μπορεί να απαλλαγεί από τη θερμική αντίσταση που προέρχεται από την επαφή σε τυπικά συστήματα συναρμολόγησης. Ένας συγκεκριμένος κατασκευαστής λαμπτήρων δρόμου χρησιμοποιεί τη μέθοδο χύτευσης με ενσωματωμένη μήτρα-από κράμα αλουμινίου AA1070 για να συνδυάσει το δωμάτιο της πηγής φωτός, το ηλεκτρικό δωμάτιο και το κέλυφος απαγωγής θερμότητας. Αυτό μειώνει τη θερμική αντίσταση του συστήματος από 1,2 μοίρες /W σε 0,8 μοίρες /W. Για μονάδες υψηλής ισχύος-, η αρθρωτή σχεδίαση έχει γίνει τάση. Μια συγκεκριμένη εταιρεία που κατασκευάζει προβολείς αυτοκινήτων χωρίζει τη μονάδα LED 300W σε τρεις υπομονάδες των 100W. Κάθε υπομονάδα έχει το δικό της κανάλι απαγωγής θερμότητας, το οποίο μειώνει τη μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης από 150 βαθμούς σε 120 βαθμούς.
3, Αξιοπιστία συστήματος: έλεγχος της συνδεσιμότητας πολλαπλών φυσικών πεδίων
1. Ανάλυση θερμικής μηχανικής ζεύξης: αναστολή σπασίματος υλικών
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής κύκλου θερμοκρασίας από -40 έως 125 βαθμούς Κελσίου, η κόπωση της άρθρωσης συγκόλλησης μπορεί να συμβεί όταν οι συντελεστές θερμικής διαστολής (CTE) διαφορετικών υλικών δεν ταιριάζουν. Μια συγκεκριμένη εταιρεία που κατασκευάζει φώτα αεροσκαφών χρησιμοποίησε ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) για να βελτιώσει την αρχιτεκτονική του PCB. Αυτό μείωσε τη διαφορά CTE μεταξύ του φύλλου χαλκού και του κεραμικού υποστρώματος από 15 ppm/βαθμό σε 5 ppm/βαθμό και η διάρκεια ζωής της ένωσης συγκόλλησης από 2000 κύκλους σε 10000 κύκλους.
2. Δοκιμή θερμικής οπτικής σύζευξης: διαχείριση αλλαγών στη θερμοκρασία χρώματος και απώλεια φωτός
Η μετατόπιση της θερμοκρασίας χρώματος των LED υψηλής ισχύος-είναι ευθέως ανάλογη με τη θερμοκρασία της διασταύρωσης. Ένας συγκεκριμένος κατασκευαστής οθονών δημιούργησε μια πλατφόρμα δοκιμών για θερμική οπτική σύζευξη και διαπίστωσε ότι η μετατόπιση της θερμοκρασίας χρώματος πήγε από 200 K σε 500 K όταν η θερμοκρασία της διασταύρωσης πήγε από 85 βαθμούς σε 125 βαθμούς. Η μετατόπιση της θερμοκρασίας χρώματος διατηρήθηκε εντός ± 100 K βελτιώνοντας τον τρόπο με τον οποίο έγινε η επίστρωση φωσφόρου.
3. Μακροπρόθεσμη-επιταχυνόμενη γήρανση: χρήση των προτύπων LM-80 και TM-21
Το πρότυπο δοκιμής LM-80 λέει ότι η λάμπα πρέπει να λειτουργεί συνεχώς για 6000 ώρες σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες: 55 μοίρες, 85 μοίρες και 105 μοίρες. Στη συνέχεια, ο αλγόριθμος TM-21 χρησιμοποιείται για να υπολογίσει πόσο θα διαρκέσει. Τα δεδομένα δοκιμών από μια συγκεκριμένη εταιρεία βιομηχανικού φωτισμού δείχνουν ότι οι λαμπτήρες κεραμικού υποστρώματος χρειάζονται 8000 ώρες για να αποσυντεθούν στο 70% στους 105 βαθμούς. Αυτό είναι πολύ μεγαλύτερο από τον κανόνα για τη βιομηχανία, που είναι 50000 ώρες.
4. Οι σημαντικότερες τεχνικές τάσεις στον κλάδο
Διαρροή θερμότητας με χρήση υγρού μετάλλου: Το υγρό μέταλλο με βάση το γάλλιο-έχει θερμική αγωγιμότητα 30 W/(m · K), που είναι 60 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του νερού. Μια εταιρεία που κατασκευάζει προβολείς λέιζερ χρησιμοποιεί μικροκανάλια υγρού μετάλλου για να ψύξει τη θερμοκρασία σύνδεσης μιας πηγής φωτός 3000W σε λιγότερο από 80 βαθμούς.
Φιλμ για απαγωγή θερμότητας γραφενίου: Η θερμική αγωγιμότητα του γραφενίου μονής-στρώσης είναι 5300 W/(m · K). Μια συγκεκριμένη εταιρεία που κατασκευάζει φλας κινητών τηλεφώνων έχει βάλει επίστρωση γραφενίου στις πίσω πλάκες LED, γεγονός που κάνει τη θερμότητα να εξαπλώνεται τρεις φορές πιο γρήγορα.
Υλικό αλλαγής φάσης (PCM): Μια εταιρεία φωτισμού εξωτερικού χώρου τοποθετεί PCM με βάση την παραφίνη- μεταξύ των πτερυγίων απαγωγής θερμότητας. Αυτό το υλικό απορροφά τη θερμότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας και λιώνει, στη συνέχεια απελευθερώνει θερμότητα τη νύχτα και στερεοποιείται. Αυτό μειώνει το εύρος των αλλαγών θερμοκρασίας της διασταύρωσης κατά τη διάρκεια της ημέρας κατά 15 βαθμούς.