Анализ эффективности рассеивания тепла светодиодами на основе технологии COB
Благодаря постоянным инновациям в технологии упаковки светодиодов и реализации политики энергосбережения и сокращения выбросов в стране и за рубежом доля применений светодиодных источников света в области освещения увеличивается, и постоянно внедряются новые формы упаковки. Производительность светодиодов с точки зрения рассеивания тепла, светоотдачи, надежности и экономической эффективности по-прежнему находится в центре внимания. не может быть выбором в области освещения.
COB (Chip on Board) — это светодиодный упаковочный продукт, запущенный в отрасли на этом фоне. По сравнению с традиционными дискретными светодиодными упаковочными продуктами, он имеет лучшую первичную способность рассеивания тепла и высокую плотность светового потока. При проектировании конструкции корпуса светодиода температура перехода кристалла должна быть максимально снижена. Чипы в корпусе COB имеют самый короткий путь рассеивания тепла и могут быстро передавать тепло рабочего чипа на металлическую подложку, а затем на радиатор. Таким образом, COB имеет лучшие возможности рассеивания тепла, чем традиционная сборка дискретных компонентов.
В настоящее время выбор материалов для металлических подложек COB включает медь, алюминий, оксид алюминия, нитрид алюминия и т. д. С точки зрения совокупной стоимости, способности рассеивания тепла, защиты от коррозии и т. д. в качестве металлической подложки для производства в основном выбирается алюминий. Благодаря постоянным инновациям в технологии упаковки светодиодов и реализации политики энергосбережения и сокращения выбросов в стране и за рубежом доля применений светодиодных источников света в области освещения увеличивается, и постоянно внедряются новые формы упаковки.
Производительность светодиодов с точки зрения рассеивания тепла, светоотдачи, надежности и экономической эффективности по-прежнему находится в центре внимания. может быть не лучшим выбором в области освещения.
COB (Chip on Board) — это светодиодный упаковочный продукт, запущенный в отрасли на этом фоне. По сравнению с традиционными дискретными светодиодными упаковочными продуктами, он имеет лучшую первичную способность рассеивания тепла и высокую плотность светового потока. При проектировании конструкции корпуса светодиода температура перехода кристалла должна быть максимально снижена. Чипы в корпусе COB имеют самый короткий путь рассеивания тепла и могут быстро передавать тепло рабочего чипа на металлическую подложку, а затем на радиатор. Таким образом, COB имеет лучшие возможности рассеивания тепла, чем традиционная сборка дискретных компонентов. В настоящее время выбор материалов для металлических подложек COB включает медь, алюминий, оксид алюминия, нитрид алюминия и т. д. С точки зрения совокупной стоимости, способности рассеивания тепла, защиты от коррозии и т. д. в качестве металлической подложки для производства в основном выбирается алюминий.
Анализ характеристик теплоотвода светодиодов на основе технологии COB с 3-х ракурсов
Потери мощности светодиодных устройств во время работы обычно выражаются в виде рассеивания тепла.Любая часть с сопротивлением становится внутренним источником тепла, в результате чего плотность тепла резко возрастает, поэтому температура самого устройства также повышается, а также окружающей среды. температура также повышается.Влияет на внутреннюю температуру, тем самым влияя на надежность, производительность и срок службы светодиода. Исследования показывают, что с повышением температуры частота отказов чипов имеет тенденцию к увеличению.Поэтому надежная тепловая конструкция и эффективные меры термоконтроля для корпуса светодиодов являются ключом к повышению его надежности.
В электронной промышленности при повышении температуры окружающей среды устройства на 10°С интенсивность его отказов часто возрастает на порядок.Это так называемое «правило 10°С». Большинство используемых в настоящее время методов основаны на материале печатной платы, при этом выбираются некоторые материалы с высокой теплопроводностью и стабильностью, такие как медь, алюминий, керамика и т. д. Но недостаточно просто решить проблему рассеивания тепла через печатную плату. Для улучшения характеристик рассеивания тепла светодиодами необходимо использовать другие методы теплового проектирования.
Технология охлаждения
Любое электронное устройство и схема неизбежно сопровождается выделением тепла.Чтобы повысить его надежность и производительность, выделение тепла должно быть сведено к минимуму, и ключевым моментом стало использование соответствующих технологий отвода тепла.
Передача энергии между самой материей или когда материя вступает в контакт с материей, называется теплопроводностью. Это наиболее распространенная форма теплопередачи, при которой частицы с более низкой энергией и частицы с более высокой энергией находятся в непосредственном контакте и сталкиваются для передачи энергии. . Условно говоря, методы теплопроводности ограничиваются твердыми телами и жидкостями, поскольку молекулярный состав газов не очень близок, и передача энергии между ними называется термодиффузией.
Основная формула теплопроводности:
Q=K&TImes;A&TImes;ΔT/ΔL (1)
Среди них Q представляет собой тепло, которое представляет собой тепло, выделяемое или проводимое за счет теплопроводности; K - коэффициент теплопроводности материала. Коэффициент теплопроводности аналогичен удельной теплоемкости, но есть некоторые отличия от удельной теплоемкости. Коэффициент теплопроводности обратно пропорционален теплоемкости.Чем выше коэффициент теплопроводности, тем значение ее удельной теплоемкости будет ниже. Например, коэффициент теплопроводности чистой меди равен 396,4, а ее теплоемкость 0,39; в формуле А представляет собой площадь теплопередачи (или площадь контакта двух объектов), ΔT представляет собой разницу температур между двумя объектами. концов; ΔL — расстояние между двумя концами. Следовательно, из формулы можно найти, что величина теплоотдачи прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности и площади теплоотдачи и обратно пропорциональна расстоянию. Чем выше коэффициент теплопередачи, тем больше площадь теплопередачи и чем короче расстояние передачи, тем выше энергия теплопроводности и тем легче отводить тепло.
Характеристики рассеивания тепла и упаковка светодиодов
В качестве источника света нового поколения светодиоды постепенно используются в общем освещении. Его основным оптическим требованием является световой поток. В настоящее время существует два способа улучшения светового потока светодиодов, а именно увеличение яркости чипов и плотное расположение нескольких чипов. Эти методы требуется входная энергия.Более высокая мощность энергии, но только небольшая часть энергии, подводимой к светодиоду, будет преобразована в источник света, а большая ее часть будет преобразована в тепловую энергию.Когда удвоенный ток передается в один корпус, тепло Выработка естественно удвоится, поэтому при таком небольшом рассеивании тепла. По мере уменьшения площади проблема рассеивания тепла будет постепенно ухудшаться.
Как и традиционные источники света, светодиоды также выделяют тепло во время работы, и количество тепла зависит от общей светоотдачи. Под действием внешней электрической энергии радиационная рекомбинация электронов и дырок приводит к электролюминесценции.Свет, излучаемый вблизи PN-перехода, должен пройти через полупроводниковую среду и упаковочную среду самого светодиодного чипа, прежде чем он сможет достичь внешнего мира. Принимая во внимание эффективность инжекции тока, квантовую эффективность радиолюминесценции, эффективность вывода внешнего света чипа и т. д., только около 30–40 % входной электрической энергии окончательно преобразуется в энергию света, а оставшиеся 60–70 % энергии в основном находится в форме колебаний решетки, вызванных безызлучательной рекомбинацией, и превращается в тепловую энергию. Увеличение температуры светодиодного чипа усилит безызлучательную рекомбинацию, что еще больше снизит светоотдачу и сократит срок службы. Технология рассеивания тепла, используемая в светодиодных светильниках, должна быть способна эффективно снижать тепловое сопротивление между PN-переходом светодиода и окружающей средой, чтобы можно было максимально снизить температуру PN-перехода светодиода и продлить срок службы. срок службы светодиодной лампы.
Это зависимость между ослаблением света и температурой перехода светодиода Lumidleds1W в условиях постоянного рабочего тока. Видно, что чем выше температура перехода, тем быстрее затухает световой поток и тем короче срок службы.
Светодиодное рассеивание тепла
Параметры тепловых характеристик светодиодов в основном относятся к температуре перехода и термическому сопротивлению. Температура перехода светодиода относится к температуре PN-перехода, а термическое сопротивление светодиода обычно относится к тепловому сопротивлению между PN-переходом и поверхностью корпуса. Температура перехода — это параметр, который напрямую влияет на рабочие характеристики светодиода, а термическое сопротивление — это параметр, который указывает на эффективность рассеивания тепла светодиодом. Чем меньше тепловое сопротивление, тем легче светодиоду отводить тепло от PN-перехода.Чем ниже температура перехода светодиода, тем выше эффективность непрерывного освещения и тем дольше срок службы светодиода.
Когда температура PN-перехода светодиода увеличивается, падение напряжения прямой проводимости светодиода уменьшается, а это означает, что, как только светодиод в контуре испытывает чрезмерное повышение температуры, реакция PN-перехода на это приведет к дальнейшему увеличению температуры светодиода. Светодиод Если температура чипа превышает определенное значение, все светодиодное устройство будет повреждено.Это значение температуры является критической температурой. Критическая температура светодиодов с разными упаковочными материалами различна.Даже если они изготовлены из одного и того же материала, на критическую температуру будут влиять процесс упаковки и другие факторы. В отличие от традиционных источников света, печатная плата является не только источником питания светодиодов, но и носителем тепла. Поэтому конструкция рассеивания тепла печатной платы (включая настройки контактных площадок, проводку, покрытие и т. д.) особенно важна для эффективности рассеивания тепла светодиодами.
Влияние процесса упаковки на эффективность рассеивания тепла
В настоящее время упаковка светодиодных чипов на рынке в основном представляет собой одночиповую упаковку.Если одна упаковка используется только в светодиодных лампах астигматизма от 1 до 4, время освещения ламп астигматизма будет коротким, поэтому явление накопления тепла не будет быть очевидным. Применительно к люминесцентным лампам они должны быть тесно расположены и гореть в течение длительного времени, поэтому в ограниченном пространстве рассеивания тепла сложно своевременно отводить тепло.
Особенностью светодиодных чипов является то, что они выделяют чрезвычайно большое количество тепла в очень небольшом объеме. Теплоемкость самого светодиода очень мала, поэтому тепло необходимо отводить как можно быстрее, иначе возникнет высокая температура перехода.
Хотя структура светодиодного чипа и сырье являются одними из факторов, влияющих на термическое сопротивление светодиода, снижение термического сопротивления самого светодиода является обязательным условием, но, в конце концов, оно оказывает ограниченное влияние на улучшение способности рассеивания тепла. Поэтому, выбрав соответствующую технологию процесса упаковки светодиодов, становится хорошей идеей улучшить термическое сопротивление светодиодов.Основные методы теплового проектирования. В таблице 1 указано термическое сопротивление нескольких светодиодов с различными процессами упаковки, обычно встречающихся на рынке.
Видно, что светодиоды, упакованные по технологии COB, имеют наименьшее термическое сопротивление по сравнению с другими процессами упаковки.
Влияние материалов на эффективность рассеивания тепла
После того, как процесс упаковки определен, термическое сопротивление светодиодного устройства можно дополнительно снизить, а эффективность рассеивания тепла светодиодом можно улучшить за счет выбора различных материалов. В настоящее время материалы подложки, связующие материалы и упаковочные материалы часто выбираются в стране и за рубежом.
Материалы подложки с различной теплопроводностью, такие как медь и алюминий, оказывают большое влияние на термическое сопротивление светодиодов, поэтому выбор подходящей подложки также является одним из способов снижения термического сопротивления светодиодных компонентов. В таблице 2 показано сравнение характеристик подложек из разных материалов.В целом, алюминиевые подложки являются лучшими и обладают преимуществами высокой теплопроводности, коррозионной стойкости и низкой стоимости.
Анализ характеристик теплоотвода светодиодов в корпусе COB
Анализ термического сопротивления
В этой статье используется технология COB для упаковки нескольких светодиодных чипов малой мощности.Светодиодные чипы упаковываются непосредственно на алюминиевую подложку, что расширяет площадь рассеивания тепла и удаляет ненужные соединения для уменьшения тепловых каналов и пропускает кронштейн в корпусированных светодиодах SMD-типа. ссылку, проанализировать эквивалентное термическое сопротивление.
Светодиоды на основе технологии COB значительно снижают структурное термическое сопротивление и контактное термическое сопротивление.Благодаря более короткому пути рассеивания тепла тепловая энергия, вырабатываемая светодиодным чипом во время работы, может эффективно передаваться во внешний мир.Благодаря таким характеристикам упаковка COB может поддерживать лучшую производительность, чем традиционная упаковка SMD.Более низкая температура перехода светодиодного чипа позволяет светодиодным устройствам иметь хорошие характеристики рассеивания тепла.
Результаты эксперимента
Светодиодные устройства, упакованные по технологии COB, и светодиоды, упакованные SMD, сравнивались и анализировались с помощью инфракрасной тепловизионной камеры. Любой объект с температурой излучает инфракрасные лучи.Инфракрасная тепловизионная камера принимает инфракрасные лучи, испускаемые объектом, отображает распределение температуры с помощью цветных изображений и находит точки аномальной температуры на основе небольших различий в цвете изображений, тем самым воспроизводя роль в обнаружении и поддержании эффекта.
В эксперименте алюминиевые подложки двух корпусных светодиодов были помещены на нагреватель и нагревались одинаковым теплом, мощность каждого светодиодного чипа составляла 0,06 Вт, а источник питания постоянного тока включался на 10 минут. Инфракрасная тепловизионная камера преобразует невидимую энергию, излучаемую алюминиевой подложкой, в видимое изображение.Различные цвета изображения представляют собой разные температуры на поверхности алюминиевой подложки.Ситуация рассеивания тепла анализируется с помощью цвета изображения.
Получите инфракрасные тепловые изображения светодиодных устройств в корпусе COB и светодиодов в корпусе SMD.
Путем наблюдения и анализа инфракрасных тепловых изображений можно увидеть, что светодиоды, упакованные по технологии COB, имеют однородные цвета и не имеют пятен, что указывает на равномерную теплопроводность и хорошую термостойкость; светодиоды, упакованные по технологии SMD, имеют неравномерные цвета и пятна, что указывает на неравномерное распределение тепла и Плохая производительность по отводу тепла.
В этой статье анализируются характеристики рассеивания тепла светодиодов на основе технологии COB, а также проводится эквивалентный анализ термического сопротивления и эксперименты по инфракрасному тепловому изображению на светодиодных устройствах, упакованных с использованием этого метода.Результаты показывают, что светодиодные устройства, упакованные с использованием технологии COB, сокращают канал рассеивания тепла. площадь рассеивания тепла увеличивается, а термическое сопротивление снижается, тем самым улучшая характеристики рассеивания тепла светодиодом, играя хорошую роль во всех аспектах работы светодиодного устройства и продлевая срок службы.
