Wat zijn de belangrijkste vereisten voor het ontwerp van de verpakking en de warmteafvoer van lampen met hoge- sterkte om oververhitting te voorkomen en de levensduur ervan te beïnvloeden?

一, Verpakkingsmaterialen: een balans tussen thermodynamische eigenschappen en stabiliteit op de lange- termijn
1. Het materiaal van het substraat: Het vervangen van plastic door een keramisch substraat is gebruikelijk geworden.
Traditionele plastic substraten (zoals FR-4) hebben een thermische geleidbaarheid van slechts 0,3–0,5 W/(m · K), wat betekent dat lampen met een vermogen van meer dan 50 W gemakkelijk hotspots kunnen krijgen. De thermische geleidbaarheid van een keramisch substraat van aluminiumnitride (AlN) kan oplopen tot 170–230 W/(m · K), en de thermische geleidbaarheid van een keramisch substraat van aluminiumoxide (Al₂ O3) kan zo laag zijn als 24–35 W/(m · K). Beide materialen kunnen de thermische weerstand aanzienlijk verlagen. Dinghongrun Company maakt bijvoorbeeld gebruik van LED-chips met keramische substraten gemaakt van aluminiumnitride. De junctietemperatuur is 25 graden Celsius lager dan die van plastic substraatproducten na 1000 uur continu gebruik, en de afbraaksnelheid van licht daalt van 15% naar 5%.
2. Fluorescerend poeder en inkapselingslijm: werken samen om dingen bestand te maken tegen hoge temperaturen en stabiel in licht
Hoog-LED's hebben een excitatie-intensiteit voor blauw licht die drie tot vijf keer hoger is dan die van gewone producten. Wanneer de temperatuur boven de 150 graden komt, kunnen traditionele siliconenverpakkingen geel worden, waardoor ze minder effectief zijn in het doorlaten van licht. De hedendaagse industrie maakt gebruik van een anorganische composiet-inkapselingslijm van organisch silicium die temperaturen van -60 graden tot 250 graden aankan. Na 1000 uur continu gebruik bij 200 graden laat hij nog steeds meer dan 90% van het licht door. Als het gaat om het kiezen van fosforen, zijn nitridefosforen (zoals - SiAlON: Eu ² ⁺) de beste keuze voor situaties met hoge temperaturen, zoals koplampen van auto's, omdat hun kwantumefficiëntie-vervalsnelheid 40% lager is dan die van standaard YAG-fosforen.
3. Materiaal van massief kristal: zilveren lijm met sterke thermische geleidbaarheid en eutectische lastechnologie
Traditionele koelpasta heeft een thermische weerstand van 0,1–0,3 graden ·cm²/W. Nadat de nano-zilverpasta is uitgehard, kan de thermische weerstand worden verlaagd tot 0,02 °cm²/W. Een bepaalde fabrikant van autokoplampen maakt gebruik van eutectisch lassen bij lage- temperatuur om LED-chips rechtstreeks met koperen substraten te verbinden. Dit verlaagt de thermische contactweerstand van 0,5 graden ·cm²/W naar 0,05 graden ·cm²/W en de chipjunctietemperatuur met 18 graden.
2. De manier waarop warmte vrijkomt: een kanaal met lage- impedantie van de chip naar de buitenwereld
1. Warmte-absorberende voeringplaat: microstructuur versterkte transversale thermische geleidbaarheid
De warmte-absorberende bekledingsplaat moet zowel een hoge vlakheid als een hoge transversale warmteoverdrachtssnelheid hebben. De freesmachine verwerkte warmte-{2}}absorberende voeringplaten van aluminiumlegeringen met een oppervlakteruwheid van Ra kleiner dan of gelijk aan 0,8 μm. De thermische contactweerstand met LED-chips kan onder de 0,01 graad ·cm²/W worden gehouden. Een bepaald bedrijf dat industriële verlichting maakt, produceerde een microkanaalstructuur in de warmte-absorberende bekledingsplaat. Dit maakte de koelvloeistofstroom 30% gemakkelijker en de warmteafvoer 25% beter door gebruik te maken van een biomimetische lotusbladoppervlaktebehandeling.
2. Warmteafvoerende vinnen: een ontwerp dat de natuur nabootst en de luchtstroom verbetert
Wanneer er sprake is van natuurlijke convectie, voeren traditionele parallelle vinnen de warmte niet zo goed af. Aan de andere kant kunnen biomimetische vinnen met haaienhuidstructuur de dikte van de thermische grenslaag met 40% verminderen. Een bedrijf dat buitendisplays maakt, gebruikt een trapeziumvormig vinnenontwerp en verandert de afstand tussen de vinnen van 5 mm naar 3 mm. Het gebied voor warmteafvoer groeit met 22% en de thermische weerstand daalt met 18% wanneer de windsnelheid 2 m/s is. Heatpipe-technologie is een belangrijke oplossing geworden voor gebruik in kleine ruimtes. Gesinterde warmtepijpen, die een thermische geleidbaarheid hebben van 5000 W/(m · K), worden door één projectorfabrikant gebruikt. Dit is ruim 1000 keer beter dan puur koper.
3. Algemene structuur: modulair ontwerp en geïntegreerd spuitgieten-
Het geïntegreerde spuitgietproces van aluminiumlegeringen- kan de thermische weerstand wegnemen die ontstaat door contact in typische assemblagesystemen. Een bepaalde fabrikant van straatlantaarns gebruikt de AA1070 integrale spuitgietmethode van aluminiumlegering- om de lichtbronruimte, de elektrische ruimte en de warmteafvoermantel te combineren. Hierdoor wordt de thermische weerstand van het systeem verlaagd van 1,2 graden/W naar 0,8 graden/W. Voor modules met hoog-vermogen is modulair ontwerp een trend geworden. Een bepaald bedrijf dat koplampen voor auto's maakt, verdeelt de LED-module van 300 W in drie submodules van 100 W. Elke submodule heeft zijn eigen warmteafvoerkanaal, waardoor de maximale junctietemperatuur wordt verlaagd van 150 graden naar 120 graden.
3, Systeembetrouwbaarheid: controle van de connectiviteit van meerdere fysieke velden
1. Thermische mechanische koppelingsanalyse: voorkomen dat materialen breken
Tijdens de temperatuurcyclustest van -40 tot 125 graden Celsius kan soldeerverbindingsvermoeidheid optreden als de thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) van verschillende materialen niet overeenkomen. Een bepaald bedrijf dat luchtvaartverlichting maakt, gebruikte eindige elementenanalyse (FEA) om de architectuur van de PCB te verbeteren. Dit bracht het CTE-verschil tussen de koperfolie en het keramische substraat omlaag van 15 ppm/graad naar 5 ppm/graad en de levensduur van de soldeerverbinding steeg van 2000 cycli naar 10.000 cycli.
2. Thermische optische koppelingstest: beheer van veranderingen in kleurtemperatuur en lichtverlies
Het verloop van de kleurtemperatuur van LED's met hoog-vermogen is recht evenredig met de junctietemperatuur. Een specifieke maker van beeldschermen zette een testplatform op voor thermische optische koppeling en ontdekte dat de kleurtemperatuurdrift van 200K naar 500K ging terwijl de junctietemperatuur van 85 graden naar 125 graden ging. Het verloop van de kleurtemperatuur werd binnen ± 100K gehouden door de manier waarop de fosforcoating werd aangebracht te verbeteren.
3. Versnelde veroudering op lange- termijn: gebruik van de LM-80- en TM-21-standaarden
De LM-80 testnorm zegt dat de lamp 6000 uur continu moet branden bij drie verschillende temperaturen: 55 graden, 85 graden en 105 graden. Vervolgens wordt het TM-21-algoritme gebruikt om erachter te komen hoe lang het zal duren. Uit testgegevens van een bepaald industrieel verlichtingsbedrijf blijkt dat hun keramische substraatlampen er 8000 uur over doen om bij 105 graden te vervallen tot 70%. Dit is veel langer dan de norm voor de sector, namelijk 50.000 uur.
4. De belangrijkste technische trends in de branche
Warmtedissipatie met behulp van vloeibaar metaal: vloeibaar metaal op gallium-basis heeft een thermische geleidbaarheid van 30 W/(m·K), wat 60 keer zo groot is als die van water. Een bedrijf dat laserprojectoren maakt, gebruikt microkanalen van vloeibaar metaal om de junctietemperatuur van een lichtbron van 3000 W af te koelen tot minder dan 80 graden.
Film voor warmteafvoer van grafeen: de thermische geleidbaarheid van grafeen met één- laag is 5300 W/(m · K). Een bepaald bedrijf dat flitsers voor mobiele telefoons maakt, heeft een grafeencoating op LED-achterplaten aangebracht, waardoor de warmte zich drie keer sneller verspreidt.
Faseveranderingsmateriaal (PCM): Een bedrijf voor buitenverlichting plaatst PCM op basis van paraffine- tussen de warmtedissipatievinnen. Dit materiaal absorbeert overdag warmte en smelt, geeft 's nachts warmte af en stolt. Dit verlaagt het bereik van de temperatuurveranderingen overdag met 15 graden.