Pembasihan haba tiub LED
Orang membayar lebih dan lebih perhatian kepada penyebaran haba LED. Ini adalah kerana kerosakan lampu LED atau seumur hidup mereka secara langsung berkaitan dengan suhu persimpangannya. Menurunkan 10°C akan memanjangkan hayat sebanyak 2 kali. Ia boleh dilihat dari hubungan antara attenuasi cahaya dan suhu persimpangan yang dikeluarkan oleh Cree (Rajah 1) bahawa jika suhu persimpangan boleh dikawal pada 65°C, jangka hayat attenuasi cahaya hingga 70% boleh setinggi 100,000 jam! Ini adalah panjang umur yang orang impikan, tetapi bolehkah ia benar-benar dicapai? Ya, selagi masalah penyebaran haba boleh ditangani dengan serius, adalah mungkin untuk melakukannya! Malangnya, penyebaran haba sebenar lampu LED jauh dari keperluan ini! Akibatnya, kehidupan tiub LED telah menjadi isu utama yang mempengaruhi prestasinya, jadi ia mesti diambil serius!
Rajah 1. Hubungan antara attenuasi cahaya dan suhu persimpangan
Lebih-lebih lagi, suhu persimpangan tiub LED bukan sahaja memberi kesan kepada kehidupan jangka panjang, tetapi juga secara langsung memberi kesan kepada kecekapan jangka pendek. Sebagai contoh, hubungan antara output luminous Cree's XLamp7090XR-E dan suhu persimpangan ditunjukkan dalam Rajah 2.
Rajah 2. Hubungan antara suhu persimpangan dan pelepasan cahaya
Jika luminescence pada suhu persimpangan 25 darjah adalah 100%, maka apabila suhu persimpangan meningkat kepada 60 darjah, luminescence hanya akan 90%; apabila suhu persimpangan adalah 100 darjah, ia akan jatuh ke 80%; pada 140 darjah, ia hanya akan menjadi 70%. Ia dapat dilihat bahawa ia adalah sangat penting untuk meningkatkan penyebaran haba dan mengawal suhu persimpangan.
Di samping itu, haba LED akan menyebabkan spektrumnya bergerak; suhu warna meningkat; arus ke hadapan meningkat (apabila kuasa dibekalkan dengan voltan berterusan); arus terbalik juga meningkat; tekanan haba meningkat; epoxy epoxy epoxy penuaan memecut, dan lain-lain. Terdapat pelbagai masalah, jadi penyebaran haba LED adalah masalah yang paling penting dalam reka bentuk tiub LED.
Bahagian pertama penyebaran haba cip LED
1. Bagaimana suhu persimpangan dijana
Sebab mengapa LED memanaskan badan adalah kerana tenaga elektrik tambahan tidak semuanya ditukar menjadi tenaga ringan, tetapi sebahagian daripadanya ditukar menjadi tenaga haba. Kecekapan LED yang luminous pada masa ini hanya 100lm /W, dan kecekapan penukaran elektro-optik hanya kira-kira 20-30%. Dalam erti kata lain, kira-kira 70% tenaga elektrik bertukar menjadi haba.
Secara khususnya, suhu persimpangan LED disebabkan oleh dua faktor.
1. Kecekapan kuantum dalaman tidak tinggi, iaitu apabila elektron dan lubang dikombin semula, 100% foton tidak boleh dijana. Ia biasanya dipanggil "kebocoran semasa" yang mengurangkan kadar penggabungan syarikat penerbangan di rantau PN. Arus kebocoran yang didarabkan oleh voltan adalah kuasa bahagian ini, yang ditukar menjadi tenaga haba, tetapi bahagian ini tidak mengambil kira komponen utama, kerana kecekapan foton dalaman kini hampir 90%.
2. Foton yang dihasilkan secara dalaman tidak boleh semua dikeluarkan ke luar cip dan akhirnya ditukar menjadi haba. Bahagian ini adalah yang utama, kerana pada masa ini, kecekapan kuantum luaran yang dipanggil hanya kira-kira 30%, dan kebanyakannya ditukar menjadi haba.
Walaupun kecekapan lampu incandescent sangat rendah, hanya kira-kira 15lm / W, ia menukar hampir semua tenaga elektrik ke dalam tenaga ringan dan memancarkannya. Kerana kebanyakan tenaga radiant adalah inframerah, kecekapan cahaya sangat rendah, tetapi ia tidak masalah penyebaran haba.
2. Disipulasi haba dari cip LED dalam tiub LED ke plat bawah
Ciri-ciri cip LED adalah bahawa ia menjana haba yang sangat tinggi dalam jumlah yang sangat kecil. Kapasiti haba LED itu sendiri sangat kecil, jadi haba mesti dilakukan pada kelajuan terpantas, jika tidak, ia akan menghasilkan suhu persimpangan yang tinggi. Untuk menarik haba daripada cip sebanyak mungkin, banyak penambahbaikan telah dibuat dalam struktur cip LED.
Untuk meningkatkan penyebaran haba cip LED itu sendiri, penambahbaikan utama adalah menggunakan bahan substrat dengan kelakuan haba yang lebih baik. LED awal hanya menggunakan Si silikon sebagai substrat. Kemudian ia ditukar kepada sapphire sebagai substrat. Walau bagaimanapun, kekonduksian haba substrat sapphire tidak begitu baik (kira-kira 25W/(mK) pada 100°C). Untuk meningkatkan penyebaran haba substrat, Cree menggunakan substrat karbide silikon yang kekonduksian habanya (490W/() mK)) hampir 20 kali lebih tinggi daripada sapphire. Dan sapphire perlu menggunakan gam perak untuk mengukuhkan kristal, dan pengendalian haba gam perak juga sangat miskin. Satu-satunya kelemahan karbide silikon adalah bahawa ia lebih mahal. Pada masa ini, hanya Cree menghasilkan LED dengan substrat karbide silikon.
Rajah 3. Gambar rajah struktur LED sapphire dan substrat karbide silikon
Selepas menggunakan karbide silikon sebagai substrat, ia sememangnya boleh meningkatkan penyebaran habanya, tetapi kosnya terlalu tinggi dan ia mempunyai perlindungan paten. Baru-baru ini, pengeluar domestik telah mula menggunakan bahan silikon sebagai substrat. Kerana substrat silikon tidak terhad oleh paten. Dan prestasinya lebih baik daripada sapphire. Satu-satunya masalah adalah bahawa pekali pengembangan GaN terlalu berbeza daripada silikon dan ia terdedah kepada retak. Penyelesaiannya adalah untuk menambah lapisan nitride aluminium (AlN) di tengah-tengah sebagai penampan.
Substrat bahan kekonduksapan haba W/(m·K) pekali pengembangan (x10E-6) kestabilan kos kekondukseksi haba ESD (antistatik)
Karbide silikon (SiC) 490-1.4 baik
Sapphire (Al2O3) 461.9 secara amnya 1/10 siC
Silikon (Si) 1505-20 adalah baik, 1/10 sapphire adalah baik
Selepas cip LED dibungkus, rintangan haba dari cip ke pin adalah rintangan haba yang paling penting dalam permohonan. Secara amnya, saiz kawasan persimpangan cip adalah kunci untuk memanaskan disipulasi. Untuk kuasa yang dikadarkan yang berbeza, saiz yang sepadan diperlukan. Kawasan persimpangan. Ia juga menunjukkan sebagai rintangan haba yang berbeza. Rintangan haba beberapa jenis LED adalah seperti berikut:
Taip tiub straw topi piranha 1W permukaan bercahaya
Rintangan terma oK/W150-200508-155
Cip LED awal telah dibawa ke luar cip terutamanya oleh dua elektrod logam, yang paling tipikal dipanggil ф5 atau F5
