Odvođenje topline LED cijevi
Ljudi sve više obraćaju pažnju na odvođenje topline LED dioda. To je zato što je raspad svjetlosti LED dioda ili njihov vijek trajanja izravno povezan s temperaturom spoja. Sniženjem za 10 ° C produžit ćete vijek trajanja 2 puta. Iz odnosa između slabljenja svjetlosti i temperature spoja koju je objavio Cree može se vidjeti (slika 1) da ako se temperatura spoja može kontrolirati na 65 ° C, životni vijek slabljenja svjetlosti do 70% može biti čak 100.000 sati! Ovo je dugovječnost o kojoj ljudi sanjaju, ali može li se zaista postići? Da, sve dok se problem rasipanja topline može ozbiljno rješavati, to je moguće učiniti! Nažalost, stvarno odvođenje topline LED svjetala daleko je od ovog zahtjeva! Kao rezultat toga, vijek trajanja LED cijevi postao je veliki problem koji utječe na njezine performanse, pa je morate shvatiti ozbiljno!
Slika 1. Odnos slabljenja svjetla i temperature spoja
Osim toga, temperatura spoja LED cijevi ne samo da utječe na dugotrajni vijek, već i izravno utječe na kratkotrajnu svjetlosnu efikasnost. Na primjer, odnos između svjetlosnog izlaza Cree' s XLamp7090XR-E i temperature spoja prikazan je na slici 2.
Slika 2. Odnos između temperature spoja i emisije svjetlosti
Ako je luminiscencija na temperaturi spoja 25 stupnjeva 100%, tada kada temperatura spoja poraste na 60 stupnjeva, luminiscencija će biti samo 90%; kada temperatura spoja bude 100 stepeni, ona će pasti na 80%; na 140 stepeni, to će biti samo 70%. Može se vidjeti da je vrlo važno poboljšati rasipanje topline i kontrolirati temperaturu spoja.
Osim toga, toplina LED -a uzrokovat će pomicanje njegovog spektra; temperatura boje raste; napredna struja se povećava (kada se napaja konstantnim naponom); obrnuta struja se također povećava; toplinski stres raste; starenje fosforne epoksidne smole ubrzava itd. Postoje različiti problemi, pa je odvođenje topline LED najvažniji problem u dizajnu LED cijevi.
Prvi dio rasipanja topline LED čipa
1. Kako nastaje temperatura spoja
Razlog zašto se LED zagrijava je taj što se dodatna električna energija ne pretvara sva u svjetlosnu, već se dio pretvara u toplinsku. Svetlosna efikasnost LED-a je trenutno samo 100 lm/W, a efikasnost elektro-optičke konverzije je samo oko 20-30%. Drugim riječima, oko 70% električne energije pretvara se u toplinu.
Konkretno, temperaturu LED spoja uzrokuju dva faktora.
1. Unutrašnja kvantna efikasnost nije velika, to jest, kada se elektroni i rupe rekombinuju, 100% fotona se ne može generisati. Obično se naziva" curenje struje" to smanjuje stopu rekombinacije nosača u PN regiji. Struja curenja pomnožena s naponom je snaga ovog dijela, koja se pretvara u toplinsku energiju, ali ovaj dio ne uzima u obzir glavnu komponentu, jer je unutarnja učinkovitost fotona sada blizu 90%.
2. Unutrašnji fotoni ne mogu se svi emitirati izvan čipa i konačno pretvoriti u toplinu. Ovaj dio je glavni, jer je trenutno takozvana vanjska kvantna efikasnost samo oko 30%, a većina njih se pretvara u toplinu.
Iako je svjetlosna efikasnost žarulje sa žarnom niti vrlo niska, samo oko 15 lm/W, ona pretvara gotovo svu električnu energiju u svjetlosnu i zrači je. Budući da je većina energije zračenja infracrvena, svjetlosna efikasnost je vrlo niska, ali ne i problem disipacije topline.
2. Odvođenje topline od LED čipa u LED cijevi do donje ploče
Karakteristika LED čipa je da stvara vrlo visoku toplinu u vrlo maloj količini. Toplinski kapacitet same LED diode je vrlo mali, pa se toplina mora provoditi najvećom brzinom, inače će proizvesti visoku temperaturu spoja. Kako bi se toplina izvukla iz čipa što je više moguće, učinjena su mnoga poboljšanja u strukturi LED čipa.
Kako bi se poboljšalo odvođenje topline samog LED čipa, glavno poboljšanje je korištenje materijala podloge s boljom provodljivošću topline. Rane LED diode koristile su samo Si silicij kao podlogu. Kasnije je promijenjen u safir kao podloga. Međutim, toplinska vodljivost safirne podloge nije baš dobra (oko 25W/(mK) na 100 ° C). Kako bi poboljšao rasipanje topline podloge, Cree koristi podlogu od silicijevog karbida čija je toplinska vodljivost (490W/() mK)) gotovo 20 puta veća od safira. Safir mora koristiti srebrno ljepilo za učvršćivanje kristala, a toplinska provodljivost srebrnog ljepila je također vrlo slaba. Jedini nedostatak silicijevog karbida je to što je skuplji. Trenutno samo Cree proizvodi LED diode sa podlogama od silicijum karbida.
Slika 3. Dijagram strukture LED safirne i silicijum karbidne podloge
Nakon upotrebe silicijevog karbida kao podloge, on zaista može uvelike poboljšati njegovo rasipanje topline, ali su njegovi troškovi previsoki i ima patentnu zaštitu. Nedavno su domaći proizvođači počeli koristiti silikonske materijale kao podloge. Budući da silikonska podloga nije ograničena patentima. Performanse su bolje od safira. Jedini problem je što se koeficijent širenja GaN previše razlikuje od silicijevog i sklon je pucanju. Rješenje je dodati sloj aluminij -nitrida (AlN) u sredinu kao pufer.
Toplinska vodljivost materijala podloge W/(m · K) koeficijent širenja (x10E-6) stabilnost cijena toplinske vodljivosti ESD (antistatičko)
Silicijum-karbid (SiC) 490-1,4 dobro visoko dobro dobro
Safir (Al2O3) 461,9 je općenito 1/10 SiC
Silicijum (Si) 1505-20 je dobar, 1/10 safira je dobar
Nakon pakiranja LED čipa, toplinski otpor od čipa do pina najvažniji je toplinski otpor u aplikaciji. Općenito govoreći, veličina spojne površine čipa je ključ za rasipanje topline. Za različite nazivne snage potrebne su odgovarajuće veličine. Područje spoja. Također se očituje kao druga toplinska otpornost. Toplinski otpor nekoliko vrsta LED dioda je sljedeći:
Tip slamnati cijev piranha 1W površinski sjaj
Toplinska otpornost oK/W150-200508-155
Rani LED čipovi izlazili su na vanjsku stranu čipa uglavnom pomoću dvije metalne elektrode, a najtipičnija se zvala f5 ili F5
