Apa persyaratan utama untuk desain pengemasan dan pembuangan panas lampu-berkekuatan tinggi untuk mencegah panas berlebih dan memengaruhi masa pakainya?

一, Bahan kemasan: keseimbangan antara karakteristik termodinamika dan-stabilitas jangka panjang
1. Bahan substrat: Mengganti plastik dengan substrat keramik sudah menjadi hal yang lumrah.
Substrat plastik tradisional (seperti FR-4) memiliki konduktivitas termal hanya 0,3–0,5W/(m · K), yang berarti lampu dengan daya lebih dari 50W dapat dengan mudah terkena titik panas. Konduktivitas termal substrat keramik aluminium nitrida (AlN) dapat mencapai 170–230W/(m · K), dan konduktivitas termal substrat keramik aluminium oksida (Al ₂ O3) dapat mencapai 24–35W/(m · K). Kedua bahan ini dapat menurunkan ketahanan termal secara signifikan. Perusahaan Dinghongrun, misalnya, menggunakan chip LED dengan substrat keramik yang terbuat dari aluminium nitrida. Suhu sambungan 25 derajat Celcius lebih rendah dibandingkan produk substrat plastik setelah 1000 jam penggunaan terus menerus, dan tingkat degradasi cahaya turun dari 15% menjadi 5%.
2. Bubuk neon dan perekat enkapsulasi: bekerja sama untuk membuat benda tahan terhadap suhu tinggi dan stabil dalam cahaya
LED-berdaya tinggi memiliki intensitas eksitasi cahaya biru 3 hingga 5 kali lebih tinggi dibandingkan produk biasa. Ketika suhu melebihi 150 derajat, kemasan silikon tradisional mungkin berubah menjadi kuning, sehingga kurang efektif dalam membiarkan cahaya masuk. Industri kontemporer menggunakan lem enkapsulasi komposit anorganik silikon organik yang dapat menangani suhu dari -60 derajat hingga 250 derajat . Setelah 1000 jam penggunaan terus menerus pada suhu 200 derajat, lebih dari 90% cahaya masih dapat masuk. Ketika memilih fosfor, fosfor nitrida (seperti - SiAlON: Eu ² ⁺) adalah pilihan terbaik untuk situasi suhu tinggi seperti lampu depan mobil karena tingkat peluruhan efisiensi kuantumnya 40% lebih rendah dibandingkan fosfor YAG standar.
3. Bahan kristal padat: perekat perak dengan konduktivitas termal yang kuat dan teknologi pengelasan eutektik
Pasta termal tradisional memiliki ketahanan termal 0,1–0,3 derajat ·cm²/W. Setelah pasta nano perak mengeras, ketahanan termal dapat diturunkan hingga 0,02 derajat ·cm²/W. Produsen lampu depan mobil tertentu menggunakan-pengelasan eutektik suhu rendah untuk menyambungkan chip LED ke substrat tembaga secara langsung. Hal ini menurunkan ketahanan termal kontak dari 0,5 derajat ·cm²/W menjadi 0,05 derajat ·cm²/W dan suhu sambungan chip sebesar 18 derajat .
2, Cara pelepasan panas: saluran-impedansi rendah dari chip ke dunia luar
1. Pelat lapisan penyerap panas: struktur mikro diperkuat konduktivitas termal melintang
Pelat pelapis-yang menyerap panas harus memiliki kerataan yang tinggi dan laju perpindahan panas melintang yang tinggi. Mesin penggilingan memproses pelat liner penyerap panas paduan aluminium dengan kekasaran permukaan Ra Kurang dari atau sama dengan 0,8 μm. Ketahanan termal kontak dengan chip LED dapat dijaga di bawah 0,01 derajat ·cm²/W. Sebuah perusahaan tertentu yang membuat penerangan industri memproduksi struktur saluran mikro di dalam pelat lapisan penyerap panas. Hal ini membuat aliran cairan pendingin 30% lebih mudah dan pembuangan panas 25% lebih baik dengan menggunakan perawatan permukaan daun teratai biomimetik.
2. Sirip pembuangan panas: desain yang meniru alam dan meningkatkan aliran udara
Jika terjadi konveksi alami, sirip paralel tradisional juga tidak menghilangkan panas. Di sisi lain, struktur biomimetik kulit hiu sirip dapat memotong ketebalan lapisan batas termal sebesar 40%. Salah satu perusahaan yang membuat tampilan luar ruangan menggunakan desain sirip trapesium dan mengubah jarak antar sirip dari 5 mm menjadi 3 mm. Area pembuangan panas meningkat sebesar 22% dan ketahanan termal turun sebesar 18% ketika kecepatan angin 2m/s. Teknologi pipa panas telah menjadi solusi penting untuk digunakan di ruangan kecil. Pipa panas sinter, yang memiliki konduktivitas termal 5000W/(m · K), digunakan oleh satu pembuat proyektor. Ini lebih dari 1000 kali lebih baik dari tembaga murni.
3. Struktur keseluruhan: desain modular dan die-casting terintegrasi
Proses pengecoran die-paduan aluminium yang terintegrasi dapat menghilangkan hambatan termal yang berasal dari kontak dalam sistem perakitan pada umumnya. Pembuat lampu jalan tertentu menggunakan metode die-pengecoran integral paduan aluminium AA1070 untuk menggabungkan ruang sumber cahaya, ruang listrik, dan selubung pembuangan panas. Hal ini menurunkan ketahanan termal sistem dari 1,2 derajat /W menjadi 0,8 derajat /W. Untuk modul-berdaya tinggi, desain modular telah menjadi tren. Sebuah perusahaan pembuat lampu depan mobil membagi modul LED 300W menjadi tiga submodul 100W. Setiap submodul memiliki saluran pembuangan panasnya sendiri, yang menurunkan suhu sambungan maksimum dari 150 derajat menjadi 120 derajat.
3, Keandalan sistem: memeriksa konektivitas berbagai bidang fisik
1. Analisis kopling mekanis termal: menghentikan kerusakan material
Selama pengujian siklus suhu dari -40 hingga 125 derajat Celcius, kelelahan sambungan solder mungkin terjadi ketika koefisien ekspansi termal (CTE) dari bahan yang berbeda tidak cocok. Sebuah perusahaan tertentu yang membuat lampu penerbangan menggunakan analisis elemen hingga (FEA) untuk meningkatkan arsitektur PCB. Hal ini menyebabkan perbedaan CTE antara foil tembaga dan substrat keramik turun dari 15ppm/derajat menjadi 5ppm/derajat dan umur penyatuan solder naik dari 2000 siklus menjadi 10.000 siklus.
2. Uji kopling optik termal: mengelola perubahan suhu warna dan kehilangan cahaya
Penyimpangan suhu warna-LED berdaya tinggi berbanding lurus dengan suhu sambungan. Pembuat layar tampilan tertentu menyiapkan platform pengujian untuk kopling optik termal dan menemukan bahwa penyimpangan suhu warna berubah dari 200K menjadi 500K ketika suhu persimpangan berubah dari 85 derajat menjadi 125 derajat. Penyimpangan suhu warna dipertahankan dalam ± 100K dengan meningkatkan cara pelapisan fosfor.
3. Penuaan yang dipercepat-jangka panjang: menggunakan standar LM-80 dan TM-21
Standar pengujian LM-80 menyatakan bahwa lampu harus menyala terus menerus selama 6000 jam pada tiga suhu berbeda: 55 derajat, 85 derajat, dan 105 derajat. Kemudian algoritma TM-21 digunakan untuk mengetahui berapa lama akan bertahan. Data pengujian dari perusahaan penerangan industri tertentu menunjukkan bahwa lampu substrat keramik mereka memerlukan waktu 8000 jam untuk meluruh hingga 70% pada suhu 105 derajat. Ini jauh lebih lama dibandingkan norma industri, yakni 50.000 jam.
4. Tren teknis terpenting dalam industri
Pembuangan panas menggunakan logam cair: Logam cair berbahan dasar galium-memiliki konduktivitas termal sebesar 30W/(m · K), yaitu 60 kali lipat dari air. Sebuah perusahaan yang membuat proyektor laser menggunakan saluran mikro logam cair untuk mendinginkan suhu sambungan sumber cahaya 3000W hingga kurang dari 80 derajat.
Film untuk pembuangan panas grafena: Konduktivitas termal-lapisan grafena tunggal adalah 5300W/(m · K). Sebuah perusahaan yang membuat flash ponsel telah memasang lapisan graphene pada pelat belakang LED, yang membuat panas menyebar tiga kali lebih cepat.
Bahan perubahan fasa (PCM): Sebuah perusahaan pencahayaan luar ruangan menempatkan PCM berbasis parafin di antara sirip pembuangan panas. Bahan ini menyerap panas pada siang hari dan meleleh, kemudian melepaskan panas pada malam hari dan mengeras. Hal ini menurunkan kisaran perubahan suhu persimpangan siang hari sebesar 15 derajat.