Vilka är nyckelkraven för förpacknings- och värmeavledningsdesign för hög-hållfasta lampor för att förhindra överhettning och påverka deras livslängd?

一, Förpackningsmaterial: en balans mellan termodynamiska egenskaper och långsiktig-stabilitet
1. Materialet på underlaget: Det har blivit vanligt att ersätta plast med keramiskt underlag.
Traditionella plastsubstrat (såsom FR-4) har en värmeledningsförmåga på endast 0,3–0,5W/(m · K), vilket gör att lampor med mer än 50W effekt lätt kan få hot spots. Värmeledningsförmågan hos keramiskt substrat av aluminiumnitrid (AlN) kan vara så hög som 170–230W/(m · K), och värmeledningsförmågan för keramiskt substrat av aluminiumoxid (Al₂ O3) kan vara så låg som 24–35W/(m · K). Båda dessa material kan avsevärt sänka värmemotståndet. Dinghongrun Company, till exempel, använder LED-chips med keramiska substrat gjorda av aluminiumnitrid. Korsningstemperaturen är 25 grader Celsius lägre än för plastsubstratprodukter efter 1000 timmars kontinuerlig användning, och ljusnedbrytningshastigheten sjunker från 15 % till 5 %.
2. Fluorescerande pulver och inkapslande lim: arbeta tillsammans för att göra saker resistenta mot höga temperaturer och stabila i ljus
Hög-lysdioder har exciteringsintensiteter för blått ljus som är 3 till 5 gånger högre än för vanliga produkter. När temperaturen går över 150 grader kan traditionella silikonförpackningar gulna, vilket gör det mindre effektivt att släppa igenom ljus. Den samtida industrin använder ett inkapslande lim av organiskt kisel oorganiskt komposit som kan hantera temperaturer från -60 grader till 250 grader. Efter 1000 timmars kontinuerlig användning vid 200 grader släpper den fortfarande igenom mer än 90 % av ljuset. När det gäller att välja fosfor är nitridfosforer (såsom - SiAlON: Eu ² ⁺) det bästa valet för högtemperatursituationer som bilstrålkastare eftersom deras kvanteffektivitetsavklingningshastighet är 40 % lägre än den för standard YAG-fosfor.
3. Solid kristallmaterial: silverlim med stark värmeledningsförmåga och eutektisk svetsteknik
Traditionell termisk pasta har ett termiskt motstånd på 0,1–0,3 grader ·cm²/W. Efter att nanosilverpastan har härdat kan det termiska motståndet sänkas till 0,02 grader ·cm²/W. En viss bilstrålkastare använder eutektisk svetsning vid låg-temperatur för att direkt ansluta LED-chips till kopparsubstrat. Detta sänker det termiska kontaktmotståndet från 0,5 grader ·cm²/W till 0,05 grader ·cm²/W och spånövergångstemperaturen med 18 grader.
2, Sättet värme frigörs: en låg-impedansledning från chipet till omvärlden
1. Värmeabsorberande foderplatta: mikrostrukturförstärkt tvärgående värmeledningsförmåga
Den värme-absorberande foderplattan måste ha både en hög planhet och en hög tvärgående värmeöverföringshastighet. Fräsmaskinen bearbetade aluminiumlegering värme-absorberande foderplattor med en ytjämnhet på Ra Mindre än eller lika med 0,8 μm. Det termiska kontaktmotståndet med LED-chips kan hållas under 0,01 grad ·cm²/W. Ett visst företag som tillverkar industriell belysning producerade en mikrokanalstruktur inuti den värmeabsorberande foderplattan-. Detta gjorde kylvätskeflödet 30 % lättare och värmeavledningen 25 % bättre genom att använda en biomimetisk ytbehandling av lotusblad.
2. Värmeavledningsfenor: en design som efterliknar naturen och förbättrar luftflödet
När det finns naturlig konvektion avleder inte traditionella parallella fenor värme lika bra. Å andra sidan kan biomimetiska hajhudstrukturfenor skära tjockleken på det termiska gränsskiktet med 40 %. Ett företag som tillverkar utomhusdisplayer använder en trapetsformad fenadesign och ändrar avståndet mellan fenorna från 5 mm till 3 mm. Ytan för värmeavledning växer med 22% och det termiska motståndet sjunker med 18% när vindhastigheten är 2m/s. Heat pipe-teknik har blivit en viktig lösning för användning i små utrymmen. Sintrade värmerör, som har en värmeledningsförmåga på 5000W/(m · K), används av en projektortillverkare. Detta är mer än 1000 gånger bättre än ren koppar.
3. Övergripande struktur: modulär design och integrerad formgjutning.-
Den integrerade gjutningsprocessen av aluminiumlegering-kan göra sig av med det termiska motståndet som kommer från kontakt i typiska monteringssystem. En viss gatlyktatillverkare använder gjutmetoden AA1070 av aluminiumlegering med integrerad form- för att kombinera ljuskällans rum, elektriska rummet och värmeavledningsskalet. Detta sänker systemets termiska motstånd från 1,2 grader /W till 0,8 grader /W. För moduler med hög-effekt har modulär design blivit en trend. Ett visst företag som tillverkar bilstrålkastare delar upp 300W LED-modulen i tre 100W undermoduler. Varje undermodul har sin egen värmeavledningskanal, vilket sänker den maximala kopplingstemperaturen från 150 grader till 120 grader.
3, Systemtillförlitlighet: kontrollera anslutningen av flera fysiska fält
1. Termisk mekanisk kopplingsanalys: stoppa material från att gå sönder
Under temperaturcykeltestet från -40 till 125 grader Celsius kan lödfogsutmattning inträffa när de termiska expansionskoefficienterna (CTE) för olika material inte stämmer överens. Ett visst företag som tillverkar flygljus använde finita elementanalys (FEA) för att förbättra kretskortets arkitektur. Detta minskade CTE-skillnaden mellan kopparfolien och det keramiska substratet från 15 ppm/grad till 5 ppm/grad och lödunionens livslängd upp från 2000 cykler till 10000 cykler.
2. Termisk optisk kopplingstest: hantera förändringar i färgtemperatur och ljusförlust
Färgtemperaturdriften för hög-lysdioder är direkt proportionell mot korsningstemperaturen. En specifik bildskärmstillverkare satte upp en testplattform för termisk optisk koppling och fann att färgtemperaturdriften gick från 200K till 500K när korsningstemperaturen gick från 85 grader till 125 grader. Färgtemperaturdriften hölls inom ± 100K genom att förbättra sättet som fosforbeläggningen gjordes.
3. Långsiktigt-accelererat åldrande: använder standarderna LM-80 och TM-21
LM-80-teststandarden säger att lampan måste gå kontinuerligt i 6000 timmar vid tre olika temperaturer: 55 grader, 85 grader och 105 grader. Sedan används TM-21-algoritmen för att räkna ut hur länge den kommer att hålla. Testdata från ett visst industribelysningsföretag visar att deras keramiska substratlampor tar 8000 timmar att försämras till 70 % vid 105 grader. Detta är mycket längre än normen för branschen, som är 50 000 timmar.
4. De viktigaste tekniska trenderna i branschen
Värmeavledning med flytande metall: Gallium-baserad flytande metall har en värmeledningsförmåga på 30W/(m · K), vilket är 60 gånger vatten. Ett företag som tillverkar laserprojektorer använder flytande metallmikrokanaler för att kyla ner korsningstemperaturen på en 3000W ljuskälla till mindre än 80 grader.
Film för grafenvärmeavledning: Värmeledningsförmågan för enkel-grafen är 5300W/(m · K). Ett visst företag som tillverkar mobilblixtar har lagt grafenbeläggning på LED-bakplåtar, vilket gör att värmen sprids tre gånger snabbare.
Fasbytesmaterial (PCM): Ett utomhusbelysningsföretag lägger paraffin-baserad PCM mellan värmeavledningsflänsarna. Detta material absorberar värme under dagen och smälter, avger sedan värme på natten och stelnar. Detta sänker intervallet för temperaturändringar i korsningen dagtid med 15 grader.