A LED cső hőleadása
Az emberek egyre nagyobb figyelmet fordítanak a LED -ek hőelvezetésére. Ennek oka az, hogy a LED -ek fénycsökkenése vagy élettartama közvetlenül összefügg a csomópont hőmérsékletével. Ha 10 ° C -kal csökkenti, kétszer meghosszabbítja az élettartamot. Látható a fénycsillapítás és a Cree által kibocsátott csomóponti hőmérséklet közötti összefüggésből (1. ábra), hogy ha a csomópont hőmérsékletét 65 ° C -on lehet szabályozni, akkor a fénycsillapítás 70% -os élettartama akár 100 000 óra is lehet! Ez az a hosszú élettartam, amiről az emberek álmodnak, de vajon tényleg megvalósítható? Igen, amíg a hőelvezetési problémával komolyan lehet foglalkozni, addig megtehető! Sajnos a LED -es lámpák tényleges hőelvezetése messze van ettől a követelménytől! Ennek eredményeképpen a LED cső élettartama a teljesítményét befolyásoló fő kérdéssé vált, ezért komolyan kell venni!
1. ábra A fénycsillapítás és a csomópont hőmérséklete közötti kapcsolat
Ezenkívül a LED cső csatlakozási hőmérséklete nemcsak a hosszú élettartamot befolyásolja, hanem közvetlenül a rövid távú fényhatást is. Például a Cree' s XLamp7090XR-E fénykibocsátása és a csomópont hőmérséklete közötti kapcsolat a 2. ábrán látható.
2. ábra A csomópont hőmérséklete és a fénykibocsátás kapcsolata
Ha a 25 fokos csomópont hőmérsékletén a lumineszcencia 100%, akkor amikor a csomópont hőmérséklete 60 fokra emelkedik, a lumineszcencia csak 90%lesz; amikor a csomópont hőmérséklete 100 fok, akkor 80%-ra csökken; 140 fokon csak 70%lesz. Látható, hogy nagyon fontos a hőelvezetés javítása és a csomópont hőmérsékletének szabályozása.
Ezenkívül a LED hő hatására spektruma elmozdul; a színhőmérséklet emelkedik; az előremenő áram növekszik (ha az áramot állandó feszültséggel látják el); a fordított áram is növekszik; a hőterhelés növekszik; a foszfor -epoxigyanta öregedése felgyorsul, stb. Különféle problémák merülnek fel, ezért a LED -ek hőelvezetése a legfontosabb probléma a LED -cső kialakításában.
A LED -chip hőelvezetésének első része
1. Hogyan jön létre a csomópont hőmérséklete
A LED azért melegszik fel, mert a hozzáadott elektromos energiát nem mind alakítják át fényenergiává, hanem egy részét hőenergiává. A LED fényhatása jelenleg csak 100 lm/W, elektrooptikai átalakítási hatékonysága pedig csak körülbelül 20-30%. Más szóval, az elektromos energia mintegy 70% -a hővé alakul.
Pontosabban, a LED csomópont hőmérsékletét két tényező okozza.
1. A belső kvantumhatékonyság nem magas, vagyis amikor elektronokat és lyukakat rekombinálunk, a fotonok 100% -a nem keletkezhet. Általában&"-nek hívják; áramszivárgás &"; ami csökkenti a hordozók rekombinációs arányát a PN régióban. A szivárgási áram szorozva a feszültséggel ennek az alkatrésznek a teljesítménye, amelyet hőenergiává alakítanak át, de ez a rész nem veszi figyelembe a főkomponenst, mert a belső fotonhatékonyság most közel 90%.
2. A belsőleg létrehozott fotonok nem bocsáthatók ki a chip külső részébe, és végül hővé alakíthatók. Ez a rész a fő, mert jelenleg az úgynevezett külső kvantumhatékonyság csak körülbelül 30%, és ezek nagy része hővé alakul.
Bár az izzólámpa fényhatása nagyon alacsony, csak körülbelül 15 lm/W, szinte minden elektromos energiát fényenergiává alakít és kisugároz. Mivel a sugárzó energia nagy része infravörös, a fényhatékonyság nagyon alacsony, de nem A hőelvezetés problémája.
2. Hőelvezetés a LED csőben lévő LED chipről az alsó lemezre
A LED chip jellemzője, hogy nagyon kis hőt termel nagyon kis térfogatban. Maga a LED hőteljesítménye nagyon kicsi, ezért a hőt a legnagyobb sebességgel kell leadni, különben magas csatlakozási hőmérsékletet eredményez. Annak érdekében, hogy a hőt a lehető legnagyobb mértékben ki lehessen húzni a chipből, számos fejlesztés történt a LED -chip szerkezetében.
Annak érdekében, hogy javuljon a LED -chip hőelvezetése, a fő javulás a jobb hővezető képességű hordozóanyag használata. A korai LED -ek csak Si szilíciumot használtak szubsztrátumként. Később zafírra cserélték szubsztrátként. A zafír hordozó hővezető képessége azonban nem túl jó (kb. 25W/(mK) 100 ° C -on). Az aljzat hőelvezetésének javítása érdekében a Cree szilícium -karbid hordozót használ, amelynek hővezető képessége (490W/() mK)) közel 20 -szor nagyobb, mint a zafíré. A zafírnak ezüst ragasztót kell használnia a kristály megszilárdításához, és az ezüst ragasztó hővezetése is nagyon gyenge. A szilícium -karbid egyetlen hátránya, hogy drágább. Jelenleg csak a Cree gyárt szilícium -karbid hordozóval ellátott LED -eket.
3. ábra Zafír és szilícium -karbid hordozó LED -es szerkezetvázlata
Miután a szilícium -karbidot szubsztrátként használta, valóban nagymértékben javíthatja hőelvezetését, de költségei túl magasak, és szabadalmi oltalommal rendelkezik. A közelmúltban a hazai gyártók szilícium anyagokat kezdtek használni szubsztrátumként. Mivel a szilícium hordozót nem korlátozzák a szabadalmak. És a teljesítmény jobb, mint a zafír. Az egyetlen probléma az, hogy a GaN tágulási együtthatója túlságosan eltér a szilíciumétól, és hajlamos a repedésekre. A megoldás az, hogy pufferként egy réteg alumínium -nitridet (AlN) adunk a közepébe.
Alapanyag hővezető képessége W/(m · K) tágulási együttható (x10E-6) stabilitás hővezetési költség ESD (antisztatikus)
Szilícium-karbid (SiC) 490-1,4 jó magas jó
A zafír (Al2O3) 461,9 általában 1/10 SiC
A szilícium (Si) 1505-20 jó, a zafír 1/10 része jó
A LED -chip becsomagolása után a chiptől a tűig terjedő hőellenállás a legfontosabb hőellenállás az alkalmazásban. Általánosságban elmondható, hogy a chip csomópontjának mérete a hőelvezetés kulcsa. Különböző névleges teljesítmény esetén megfelelő méretekre van szükség. A csomópont területe. Különböző hőállóságként is megnyilvánul. Többféle LED hőállósága a következő:
Típus szalmakalap cső piranha 1W felületi izzás
Hőállóság oK/W150-200508-155
A korai LED -chipeket főként két fém elektróda vezette a chip külsejére, a legjellemzőbbet ф5 vagy F5
