Id-dissipazzjoni tas-sħana tat-tubu LED
In-nies jagħtu aktar u aktar attenzjoni għad-dissipazzjoni tas-sħana tal-LEDs. Dan għaliex it-tħassir ħafif tal-LEDs jew il-ħajja tagħhom huwa relatat direttament mat-temperatura tal-junction tagħha. It-tnaqqis ta '10 ° C jestendi l-ħajja b'2 darbiet. Jista 'jidher mir-relazzjoni bejn l-attenwazzjoni tad-dawl u t-temperatura tal-junction rilaxxata minn Cree (Figura 1) li jekk it-temperatura tal-junction tista' tiġi kkontrollata f'65 ° C, il-ħajja ta 'attenwazzjoni tad-dawl għal 70% tista' tkun għolja sa 100,000 siegħa! Din hija l-lonġevità li n-nies joħolmu fiha, imma tista 'tassew tinkiseb? Iva, sakemm il-problema tad-dissipazzjoni tas-sħana tista 'tiġi ttrattata bis-serjetà, huwa possibbli li tagħmel dan! Sfortunatament, id-dissipazzjoni tas-sħana attwali tad-dwal LED hija 'l bogħod minn dan ir-rekwiżit! Bħala riżultat, il-ħajja tat-tubu LED saret kwistjoni ewlenija li taffettwa l-prestazzjoni tagħha, u għalhekk għandha tittieħed bis-serjetà!
Figura 1. Ir-relazzjoni bejn l-attenwazzjoni tad-dawl u t-temperatura tal-junction
Barra minn hekk, it-temperatura tal-junction tat-tubu LED mhux biss taffettwa l-ħajja fit-tul, iżda taffettwa wkoll direttament l-effiċjenza luminuża għal żmien qasir. Pereżempju, ir-relazzjoni bejn il-produzzjoni luminuża ta 'XLamp7090XR-E ta' Cree&# 39 u t-temperatura tal-junction tidher fil-Figura 2.
Figura 2. Ir-relazzjoni bejn it-temperatura tal-junction u l-emissjoni tad-dawl
Jekk il-luminixxenza f'temperatura tal-junction ta '25 grad hija 100%, allura meta t-temperatura tal-junction titla' għal 60 grad, il-luminixxenza tkun biss 90%; meta t-temperatura tal-junction tkun ta '100 grad, tinżel għal 80%; f'140 grad, ikun biss 70%. Jista 'jidher li huwa importanti ħafna li ttejjeb id-dissipazzjoni tas-sħana u tikkontrolla t-temperatura tal-junction.
Barra minn hekk, is-sħana tal-LED se tikkawża li l-ispettru tiegħu jiċċaqlaq; it-temperatura tal-kulur tiżdied; il-kurrent 'il quddiem jiżdied (meta l-enerġija tiġi fornuta b'vultaġġ kostanti); il-kurrent invers jiżdied ukoll; l-istress termali jiżdied; it-tixjiħ tar-reżina epossidika tal-fosfru jaċċelera, eċċ. Hemm diversi problemi, għalhekk id-dissipazzjoni tas-sħana tal-LED hija l-iktar problema importanti fid-disinn tat-tubu LED.
L-ewwel parti tad-dissipazzjoni tas-sħana taċ-ċippa LED
1. Kif tiġi ġġenerata t-temperatura tal-junction
Ir-raġuni għaliex l-LED jisħon hija minħabba li l-enerġija elettrika miżjuda mhix kollha kkonvertita f'enerġija ħafifa, iżda parti minnha hija kkonvertita f'enerġija tas-sħana. L-effiċjenza luminuża tal-LED bħalissa hija biss 100lm / W, u l-effiċjenza tal-konverżjoni elettro-ottika tagħha hija biss madwar 20-30%. Fi kliem ieħor, madwar 70% tal-enerġija elettrika tinbidel fi sħana.
Speċifikament, it-temperatura tal-junction LED hija kkawżata minn żewġ fatturi.
1. L-effiċjenza interna tal-kwantum mhix għolja, jiġifieri, meta l-elettroni u t-toqob jiġu kkombinati mill-ġdid, 100% tal-fotoni ma jistgħux jiġu ġġenerati. Normalment jissejjaħ" tnixxija kurrenti" li tnaqqas ir-rata ta 'rikombinazzjoni tat-trasportaturi fir-reġjun tal-PN. Il-kurrent ta 'tnixxija mmultiplikat bil-vultaġġ huwa l-qawwa ta' din il-parti, li hija kkonvertita f'enerġija tas-sħana, iżda din il-parti ma tagħtix kont tal-komponent ewlieni, minħabba li l-effiċjenza interna tal-foton issa hija qrib id-90%.
2. Il-fotoni ġġenerati internament ma jistgħux kollha jiġu emessi lejn in-naħa ta 'barra taċ-ċippa u finalment ikkonvertiti fi sħana. Din il-parti hija l-parti ewlenija, għaliex fil-preżent, l-hekk imsejħa effiċjenza kwantistika esterna hija biss madwar 30%, u ħafna minnhom huma kkonvertiti f'sħana.
Għalkemm l-effiċjenza luminuża tal-lampa inkandexxenti hija baxxa ħafna, madwar 15lm / W biss, tikkonverti kważi l-enerġija elettrika kollha f'enerġija ħafifa u tirradjaha 'l barra. Minħabba li ħafna mill-enerġija radjanti hija infra-aħmar, l-effiċjenza tad-dawl hija baxxa ħafna, iżda ma Il-problema tad-dissipazzjoni tas-sħana.
2. Id-dissipazzjoni tas-sħana miċ-ċippa LED fit-tubu LED sal-pjanċa tal-qiegħ
Il-karatteristika taċ-ċippa LED hija li tiġġenera sħana estremament għolja f'volum żgħir ħafna. Il-kapaċità tas-sħana tal-LED innifisha hija żgħira ħafna, għalhekk is-sħana għandha titwettaq bl-iktar veloċità mgħaġġla, inkella tipproduċi temperatura għolja tal-junction. Sabiex tiġbed is-sħana miċ-ċippa kemm jista 'jkun, sar ħafna titjib fl-istruttura taċ-ċippa LED.
Sabiex ittejjeb id-dissipazzjoni tas-sħana taċ-ċippa LED innifisha, it-titjib ewlieni huwa li tuża materjal ta 'sottostrat b'konduzzjoni aħjar tas-sħana. L-LEDs bikrija użaw biss is-silikon Si bħala s-sottostrat. Aktar tard inbidel għal żaffir bħala s-sottostrat. Madankollu, il-konduttività termali tas-sottostrat taż-żaffir mhix tajba ħafna (madwar 25W / (mK) f'100 ° C). Sabiex ittejjeb id-dissipazzjoni tas-sħana tas-sottostrat, Cree juża substrat tal-karbur tas-silikon li l-konduttività termali tiegħu hija (490W / () mK)) hija kważi 20 darba ogħla minn żaffir. U ż-żaffir jeħtieġ li juża kolla tal-fidda biex jissolidifika l-kristall, u l-konduzzjoni tas-sħana tal-kolla tal-fidda hija wkoll fqira ħafna. L-uniku żvantaġġ tal-karbur tas-silikon huwa li jiswa aktar. Bħalissa, Cree biss jipproduċi LEDs b'sottostrati tal-karbur tas-silikon.
Figura 3. Dijagramma tal-istruttura tal-LED tas-sottostrat taż-żaffir u l-karbur tas-silikon
Wara li tuża karbur tas-silikon bħala s-sottostrat, jista 'tabilħaqq itejjeb ħafna d-dissipazzjoni tas-sħana tiegħu, iżda l-ispiża tiegħu hija għolja wisq u għandha protezzjoni tal-privattiva. Riċentement, il-manifatturi domestiċi bdew jużaw materjali tas-silikon bħala sottostrati. Minħabba li s-sottostrat tas-silikon mhuwiex ristrett mill-privattivi. U l-prestazzjoni hija aħjar minn żaffir. L-unika problema hija li l-koeffiċjent ta 'espansjoni ta' GaN huwa differenti wisq minn dak tas-silikon u huwa suxxettibbli għall-ikkrekkjar. Is-soluzzjoni hija li żżid saff ta 'nitrur tal-aluminju (AlN) fin-nofs bħala buffer.
Konduttività termali tal-materjal tas-sottostrat W / (m · K) koeffiċjent tal-espansjoni (x10E-6) stabbiltà kost tal-konduttività termika ESD (antistatiku)
Karbur tas-silikon (SiC) 490-1.4 tajjeb għoli tajjeb
Żaffir (Al2O3) 461.9 ġeneralment huwa 1/10 ta 'SiC
Is-silikon (Si) 1505-20 huwa tajjeb, 1/10 taż-żaffir huwa tajjeb
Wara li ċ-ċippa LED tkun ippakkjata, ir-reżistenza termali miċ-ċippa sal-pin hija l-iktar reżistenza termali importanti fl-applikazzjoni. Ġeneralment, id-daqs taż-żona tal-junction taċ-ċippa hija ċ-ċavetta għad-dissipazzjoni tas-sħana. Għal potenzi nominali differenti, huma meħtieġa daqsijiet korrispondenti. Iż-żona tal-junction. Juri wkoll bħala reżistenza termali differenti. Ir-reżistenza termali ta 'diversi tipi ta' LEDs hija kif ġej:
Tip kappell tat-tiben tubu piranha 1W glow tal-wiċċ
Reżistenza termali oK / W150-200508-155
Ċipep LED bikrija kienu mmexxija lejn in-naħa ta ’barra taċ-ċippa prinċipalment minn żewġ elettrodi tal-metall, l-iktar wieħed tipiku kien jissejjaħ ф5 jew F5
