Одвођење топлоте ЛЕД цеви
Људи све више обраћају пажњу на одвођење топлоте ЛЕД диода. То је зато што је слабљење светлости ЛЕД диода или њихов век трајања директно повезан са температуром споја. Снижавање за 10 ° Ц продужиће животни век 2 пута. Из односа између слабљења светлости и температуре споја коју је објавио Црее може се видети (слика 1) да ако се температура споја може контролисати на 65 ° Ц, животни век слабљења светлости на 70% може бити чак 100.000 сати! Ово је дуговечност о којој људи сањају, али да ли се заиста може постићи? Да, све док се проблем расипања топлоте може озбиљно решити, то је могуће! Нажалост, стварно одвођење топлоте ЛЕД светла далеко је од овог захтева! Као резултат тога, век трајања ЛЕД цеви постао је велики проблем који утиче на њене перформансе, па се мора узети озбиљно!
Слика 1. Однос слабљења светлости и температуре споја
Штавише, температура споја ЛЕД цеви не само да утиче на дуготрајни век, већ и директно утиче на краткотрајну светлосну ефикасност. На пример, однос између светлосног излаза Црее [ГГ] #39; с КСЛамп7090КСР-Е и температуре споја приказан је на слици 2.
Слика 2. Однос између температуре споја и емисије светлости
Ако је луминисценција на температури споја од 25 степени 100%, онда када температура споја порасте на 60 степени, луминисценција ће бити само 90%; када је температура споја 100 степени, она ће пасти на 80%; на 140 степени, то ће бити само 70%. Може се видети да је веома важно побољшати расипање топлоте и контролисати температуру споја.
Осим тога, топлота ЛЕД ће изазвати померање њеног спектра; температура боје се повећава; напредна струја се повећава (када се напаја константним напоном); обрнута струја се такође повећава; повећава се топлотни стрес; старење фосфорне епоксидне смоле убрзава итд. Постоје различити проблеми, па је одвођење топлоте ЛЕД диода најважнији проблем у дизајну ЛЕД цеви.
Први део расипања топлоте ЛЕД чипа
1. Како настаје температура споја
Разлог зашто се ЛЕД загријава је тај што се додатна електрична енергија не претвара сва у свјетлосну, већ се дио претвара у топлинску. Светлосна ефикасност ЛЕД-а је тренутно само 100 лм/В, а ефикасност електро-оптичке конверзије је само око 20-30%. Другим речима, око 70% електричне енергије претвара се у топлоту.
Конкретно, температуру ЛЕД споја узрокују два фактора.
1. Унутрашња квантна ефикасност није велика, то јест, када се електрони и рупе рекомбинују, 100% фотона се не може генерисати. Обично се назива [ГГ] куот; цурење струје [ГГ] куот; то смањује стопу рекомбинације носача у ПН региону. Струја цурења помножена са напоном је снага овог дела, која се претвара у топлотну енергију, али овај део не узима у обзир главну компоненту, јер је унутрашња ефикасност фотона сада близу 90%.
2. Унутрашњи фотони не могу се сви емитовати изван чипа и коначно претворити у топлоту. Овај део је главни, јер је тренутно такозвана спољна квантна ефикасност само око 30%, а већина њих се претвара у топлоту.
Иако је светлосна ефикасност сијалице са жарном нити веома ниска, само око 15 лм/В, она скоро сву електричну енергију претвара у светлосну и зрачи је. Будући да је већина енергије зрачења инфрацрвена, светлосна ефикасност је веома ниска, али не и проблем расипања топлоте.
2. Одвођење топлоте од ЛЕД чипа у ЛЕД цеви до доње плоче
Карактеристика ЛЕД чипа је да генерише изузетно високу топлоту у веома малој количини. Сам топлотни капацитет ЛЕД диоде је веома мали, па се топлота мора изводити највећом брзином, иначе ће произвести високу температуру споја. Да би се топлота извукла из чипа што је више могуће, направљена су многа побољшања у структури ЛЕД чипа.
Да би се побољшало одвођење топлоте самог ЛЕД чипа, главно побољшање је коришћење материјала подлоге са бољом проводљивошћу топлоте. Ране ЛЕД диоде су користиле само Си силицијум као подлогу. Касније је промењен у сафир као подлога. Међутим, топлотна проводљивост сафирне подлоге није баш добра (око 25В/(мК) на 100 ° Ц). Да би побољшао расипање топлоте подлоге, Црее користи подлогу од силицијум карбида чија је топлотна проводљивост (490В/() мК)) скоро 20 пута већа од сафира. И сафир мора користити сребрни лепак за учвршћивање кристала, а проводљивост топлоте сребрног лепка је такође веома лоша. Једини недостатак силицијум карбида је то што је скупљи. Тренутно само Црее производи ЛЕД диоде са подлогама од силицијум карбида.
Слика 3. Дијаграм структуре ЛЕД сафирне и силицијум карбидне подлоге
Након употребе силицијум карбида као подлоге, он заиста може знатно побољшати одвођење топлоте, али су његови трошкови превисоки и има патентну заштиту. Недавно су домаћи произвођачи почели да користе силиконске материјале као подлоге. Пошто силиконска подлога није ограничена патентима. А перформансе су боље од сафира. Једини проблем је што се коефицијент ширења ГаН превише разликује од силицијума и склон је пуцању. Решење је додавање слоја алуминијум -нитрида (АлН) у средину као пуфер.
Топлотна проводљивост материјала подлоге В/(м · К) коефицијент ширења (к10Е-6) стабилност цена топлотне проводљивости ЕСД (антистатичко)
Силицијум-карбид (СиЦ) 490-1,4 добар висок добар
Сафир (Ал2О3) 461,9 је генерално 1/10 СиЦ
Силицијум (Си) 1505-20 је добар, 1/10 сафира је добар
Након што се ЛЕД чип упакује, топлотни отпор од чипа до пина је најважнији топлотни отпор у примени. Уопштено говорећи, величина спојне површине чипа је кључ за одвођење топлоте. За различите називне снаге потребне су одговарајуће величине. Подручје споја. Такође се манифестује као другачији топлотни отпор. Топлотни отпор неколико врста ЛЕД диода је следећи:
Тип цеви од сламнатог шешира пиранха 1В површински сјај
Топлотна отпорност оК/В150-200508-155
Рани ЛЕД чипови су изведени са спољне стране чипа углавном помоћу две металне електроде, најтипичнија се звала ф5 или Ф5
