از بین شدن حرارت لوله LED

از بین شدن حرارت لوله LED

مردم بیشتر و بیشتر به از بین رفتن گرمای LEDها توجه می کنند. این به این دلیل است که پوسیدگی نور LEDها یا طول عمر آن ها ارتباط مستقیمی با دمای اتصال آن دارد. پایین آوردن ۱۰ درجه سانتی گراد عمر را ۲ برابر گسترش خواهد داد. از رابطه بین کاهش نور و دمای اتصال آزاد شده توسط کری (شکل ۱) دیده می شود که اگر دمای اتصال در دمای ۶۵ درجه سانتی گراد قابل کنترل باشد، طول عمر کاهش نور تا ۷۰٪ می تواند تا ۱۰۰٬۰ ساعت بالا باشد! این طول عمری است که مردم رویای آن را می بینند، اما واقعا می توان به آن دست آورد؟ بله، تا زمانی که می توان با مشکل قطع گرما به طور جدی برخورد کرد، می توان آن را انجام داد! متاسفانه، از بین رفت گرمای واقعی چراغ های ال ای دی از این نیاز دور است! در نتیجه عمر لوله LED تبدیل به یک مسئله عمده موثر بر عملکرد آن شده است، بنابراین باید آن را جدی گرفت!

شکل 1. رابطه بین کاهش نور و دمای اتصال

همچنین دمای اتصال لوله LED نه تنها بر عمر بلند مدت تأثیر می گذارد، بلکه به طور مستقیم بر کارایی نورانی کوتاه مدت نیز تأثیر می گذارد. به عنوان مثال رابطه بین خروجی نورانی XLamp7090XR-E کری و دمای اتصال در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل 2. رابطه دمای اتصال با انتشار نور

اگر لومینسانس در دمای اتصال ۲۵ درجه ۱۰۰٪ باشد، آنگاه هنگامی که دمای اتصال به ۶۰ درجه بالا می رود، لومینسانس تنها ۹۰٪ خواهد بود؛ هنگامی که دمای اتصال 100 درجه است، آن را به 80٪ کاهش خواهد یافت؛ در 140 درجه، آن را تنها 70٪. دیده می شود که بهبود از بین رفتن گرما و کنترل دمای اتصال بسیار مهم است.

علاوه بر این، گرمای LED باعث حرکت طیف آن خواهد شد؛ درجه حرارت رنگ افزایش می یابد; جریان رو به جلو افزایش می یابد (زمانی که قدرت با ولتاژ ثابت تامین می شود)؛ جریان معکوس نیز افزایش می یابد; تنش حرارتی افزایش می یابد; فسفر اپوکسی رزین پیری شتاب, و غیره. مشکلات مختلفی وجود دارد، بنابراین از بین شدن گرمای LED مهم ترین مشکل در طراحی لوله LED است.

بخش اول از از بین شدن حرارت تراشه LED

1. چگونه دمای اتصال تولید می شود

دلیل گرم شدن ال ای دی به این دلیل است که انرژی الکتریکی اضافه شده همه به انرژی نور تبدیل نمی شود، بلکه بخشی از آن به انرژی گرمایی تبدیل می شود. بازده نورانی LED در حال حاضر تنها ۱۰۰lm/W است، و بازده تبدیل الکترو نوری آن تنها حدود ۲۰ تا ۳۰٪ است. به عبارت دیگر حدود ۷۰٪ انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود.

به طور خاص، دمای اتصال LED توسط دو عامل ایجاد می شود.

۱- بازده کوانتومی داخلی زیاد نیست، به این صورت که وقتی الکترون ها و حفره ها دوباره با هم ترکیب می شوند، نمی توان ۱۰۰٪ از الکترون ها را تولید کرد. معمولاً «نشت جریان» نامیده می شود که میزان ترکیب مجدد حامل ها در منطقه PN را کاهش می دهد. جریان نشتی ضرب در ولتاژ، توان این بخش است که به انرژی گرمایی تبدیل می شود، اما این بخش جزء اصلی را به خود اختصاص نمی دهد، زیرا کارایی داخلی فتون در حال حاضر نزدیک به ۹۰٪ است.

2. فتون های تولید شده داخلی را نمی توان همه به خارج از تراشه ساطع و در نهایت تبدیل به حرارت. این بخش اصلی است، زیرا در حال حاضر، به اصطلاح کارایی کوانتومی خارجی تنها حدود ۳۰٪ است، و بیشتر آن ها به گرما تبدیل می شوند.

اگرچه بازده نورانی لامپ رشته ای بسیار کم است، اما تنها حدود ۱۵lm/W است، اما تقریباً تمام انرژی الکتریکی را به انرژی نور تبدیل می کند و آن را تابش می کند. به دلیل اینکه بیشتر انرژی تابشی مادون قرمز است، بازده نور بسیار کم است، اما مشکل از بین دادن گرما را ندارد.

2. حرارت dissipation از تراشه LED در لوله LED به صفحه پایین

ویژگی تراشه LED این است که گرمای بسیار بالایی را در حجم بسیار کمی تولید می کند. ظرفیت گرمایی ال ای دی خود بسیار کوچک است، بنابراین گرما باید با سریع ترین سرعت انجام شود، در غیر این صورت دمای اتصال بالایی تولید خواهد کرد. به منظور بیرون کشیدن حرارت از تراشه تا حد امکان، پیشرفت های زیادی در ساختار تراشه LED صورت گرفته است.

به منظور بهبود از بین رفتن حرارت تراشه LED خود، بهبود اصلی استفاده از یک ماده بستر با هدایت گرمایی بهتر است. LEDهای اولیه تنها از سیلیکون Si به عنوان بستر استفاده می کردند. بعدها به عنوان بستر به یاقوت کبود تغییر کرد. با این حال، هدایت حرارتی بستر یاقوت کبود چندان خوب نیست (حدود ۲۵W/(mK) در ۱۰۰ درجه سانتی گراد). کری به منظور بهبود از بین رفتن گرمای بستر، از یک بستر کاربید سیلیکونی استفاده می کند که هدایت حرارتی آن (۴۹۰W/() mK)) نزدیک به ۲۰ برابر یاقوت کبود است. و یاقوت کبود نیاز به استفاده از چسب نقره ای برای جامد کردن کریستال دارد و هدایت گرمایی چسب نقره ای نیز بسیار ضعیف است. تنها نقطه ضعف کاربید سیلیکون این است که گران تر است. در حال حاضر تنها کری LEDها را با بسترهای سیلیکون کاربید تولید می کند.

شکل 3. نمودار ساختار LED بستر یاقوت کبود و سیلیکون کاربید

پس از استفاده از کاربید سیلیکون به عنوان بستر، در واقع می تواند تا حد زیادی از بینرفت گرمای خود را بهبود بخشد، اما هزینه آن بیش از حد بالا است و حفاظت از حق ثبت اختراع دارد. اخیراً تولیدکنندگان داخلی شروع به استفاده از مواد سیلیکونی به عنوان بستر کرده اند. چرا که بستر سیلیکون توسط پتنت ها محدود نمی شود. و اجرا بهتر از یاقوت کبود است. تنها مشکل این است که ضریب انبساط GaN بیش از حد با ضریب سیلیکون متفاوت است و مستعد ترک خوردن است. راه حل این است که یک لایه از نیترید آلومینیوم (AlN) در وسط به عنوان یک بافر اضافه کنید.

ضریب انبساط هدایت حرارتی مواد بستر W/(m·K) (x10E-6) پایداری هدایت حرارتی هزینه ESD (آنتی استاتیک)

سیلیکون کاربید (SiC) 490-1.4 خوب خوب بالا

یاقوت کبود (Al2O3) 461.9 به طور کلی 1/10 از SiC

سیلیکون (Si) 1505-20 خوب است, 1/10 از یاقوت کبود خوب است

پس از بسته بندی تراشه LED، مقاومت حرارتی از تراشه به سنجاق مهم ترین مقاومت حرارتی در کاربرد است. به طور کلی، اندازه منطقه اتصال تراشه کلید از بین رفتن گرما است. برای قدرت های امتیازی مختلف، اندازه های متناظر مورد نیاز است. منطقه اتصال . همچنین به عنوان یک مقاومت حرارتی متفاوت آشکار می شود. مقاومت حرارتی چند نوع از LEDها به قرار زیر است:

نوع نی کلاه لوله piranha 1W سطح درخشش

مقاومت حرارتی oK/W150-200508-155

تراشه های ال ای ال ای اولیه عمدتاً توسط دو الکترود فلزی به خارج تراشه هدایت می شدند که معمولی ترین آن ها ф5 F5 نامیده می شد