تأثير تبديد الحرارة لغرفة البخار في LED

المشكلة الرئيسية لمصابيح LED عالية الطاقة هي "الحرارة"

وفقًا لتقرير اختبار Cree XLamp XR-E، يمكن أن تؤدي درجة حرارة LED المنخفضة إلى زيادة عمره الافتراضي وتدفقه الضوئي.

بيانات شريحة LED بحجم 40 مل (1 مم²).

رقاقة 1 وات: تدفق حراري قريب من 100 وات/سم²

رقاقة 3 وات: تدفق حراري يقترب من 300 وات/سم²

من تقرير الاختبار والبيانات المذكورة أعلاه، يمكننا أن نعرف أن مشكلة حرارة LED تكمن بشكل رئيسي في ارتفاع درجة حرارة الكثافة الحرارية (النقطة الساخنة)، بدلاً من التدفق الحراري الإجمالي.

التركيز المحموم على النقطة الساخنة، سيؤثر على عمر LED وتدفقه الضوئي.

كيفية حل مشكلة تركيز الحرارة على النقطة الساخنة؟ لقد وجدنا أن موزعات الحرارة عالية الكفاءة يمكنها توزيع الحرارة بسرعة، وبالتالي تجنب تركيز الحرارة على النقاط الساخنة. وغرفة البخار هي نوع من ناشرات الحرارة التي يمكنها التخلص من الحرارة بسرعة كبيرة. مبدأ عملها يشبه أنبوب الحرارة.

مبدأ عمل غرفة البخار

الغرفة بخارهي غرفة مفرغة ذات هيكل عمودي داخلي، وعادة ما تكون مصنوعة من النحاس.

عندما يتم نقل الحرارة من مصدر الحرارة إلى منطقة التبخر، يبدأ سائل التبريد الموجود في الغرفة في التبخر بعد تسخينه في بيئة منخفضة الفراغ. في هذا الوقت، يمتص الطاقة الحرارية ويتوسع بسرعة، والتبريد في الغاز يملأ الغرفة بأكملها بسرعة. عندما يتلامس الغاز مع منطقة باردة نسبيًا، فإنه سوف يتكثف. يتم إطلاق الحرارة المتراكمة أثناء التبخر عن طريق ظاهرة التكثيف، وسيعود سائل التبريد المتكثف إلى مصدر حرارة التبخر من خلال القناة الشعرية للبنية المجهرية، وسيتم تكرار هذه العملية في الغرفة.

وفقا لمبدأ عمل غرفة البخار، نعلم أن:

1. غرفة البخار عبارة عن منتج توصيل حراري ثنائي الأبعاد، والذي يمكنه نظريًا توصيل كمية كبيرة من الحرارة في لوحة مسطحة ثنائية الأبعاد.

2. يمكن استخدام غرفة البخار لوحدات الإضاءة.

ج: بنية هندسية بسيطة - الأشكال الهندسية بشكل عام مربعة ومستديرة

ب: لا يتشوه السطح بسهولة - تتمتع غرفة البخار بقدرة تحمل تصل إلى 0.2 مم.

ج: عندما يكون المبدد الحراري كافيًا، سيكون هناك اختلاف أقل في درجة الحرارة - عندما يبدد المبدد الحراري الحرارة، سيكون التغير في درجة الحرارة صغيرًا جدًا.

د: لا يمكن لغرفة البخار إلا أن تحل مشكلة نقل الحرارة، حيث أن سرعة نقل الحرارة الخاصة بها سريعة جدًا، ولكنها لا تزال بحاجة إلى إضافة مبدد حراري من الألومنيوم لتحقيق تبديد الحرارة.

تجربة التباين

التجربة 1-ضع مؤشر LED على المبدد الحراري المصنوع من الألومنيوم، وأضيئه لمدة 10 دقائق ثم انفخه بمروحة التيار المستمر لمدة 5 دقائق.

(خافض حرارة من الألومنيوم)

تجربة 2-ضع مؤشر LED على غرفة بخار ومبدد حراري من الألومنيوم، وأضيئه لمدة 10 دقائق ثم انفخه بمروحة تيار مستمر لمدة 5 دقائق.

(غرفة بخار على المبدد الحراري المصنوع من الألومنيوم)

12 واط LED

نتائج تجربة الأشعة تحت الحمراء 1 (استخدم فقط المبدد الحراري المصنوع من الألومنيوم)

1-1 : 58 درجة ,1-2 : 29 درجة ,1-3 : 28.2 درجة

نتائج تجربة الأشعة تحت الحمراء 2 (غرفة بخار + مبدد حراري من الألومنيوم)

2-1 : 55.2 درجة ,2-2 : 31.2 درجة ,2-3 : 29.2 درجة

ملخص التجربة:

درجة حرارة سطح التجربة 2 أقل بمقدار 3 درجات من التجربة 1.

تعمل غرفة البخار على تحسين تأثير نقل الحرارة لمصباح LED.

مقاومة حرارية 10 واط

نتائج تجربة الأشعة تحت الحمراء 1 (استخدم فقط المبدد الحراري المصنوع من الألومنيوم)

1-1 : 80.4 درجة 1-2 : 57.6 درجة 1-3 : 55.5 درجة

نتائج تجربة الأشعة تحت الحمراء 2 (غرفة بخار + مبدد حراري من الألومنيوم)

2-1 : 67.1 درجة 2-2 : 57.6 درجة 2-3 : 56.2 درجة

ملخص التجربة:

كانت درجة حرارة سطح الشريحة في التجربة 2 أقل منها في التجربة 1 13.3 درجة. تعمل غرفة البخار على تحسين التوصيل الحراري للرقاقة وتقليل المقاومة الحرارية.

مقاومة حرارية فورية 10 وات

نتائج تجربة الأشعة تحت الحمراء 1 (استخدم فقط المبدد الحراري المصنوع من الألومنيوم)

{{0}}: 29.5 درجة 1-2 :30.0 درجة 1-3 : 30.1 درجة

نتائج تجربة الأشعة تحت الحمراء 2 (غرفة بخار + مبدد حراري من الألومنيوم)

2-1 : 31.5 درجة 2-2 :32.2 درجة 2-3 : 32.2 درجة

ملخص التجربة:

تعد التجربة 2 باستخدام غرفة بخار أفضل بكثير من التجربة 1 من حيث درجة حرارة الرقاقة، وتحافظ على تغير في درجة الحرارة قدره 13-15oC للعمل عند 1-10 دقيقة. وهذا يعني أن استخدام غرفة البخار يمكن أن يقلل من المقاومة الحرارية بين الشريحة والمبدد الحراري، ويمكن أن يقلل من درجة حرارة الوصلة في نفس حالة التشغيل.

الاستنتاج التجريبي: تعمل غرفة البخار على تحسين التوصيل الحراري للرقاقة وتقليل المقاومة الحرارية

كيفية تطبيق غرفة البخار على مصابيح LED عالية الطاقة؟

الحل أ: يتم إغلاق شرائح LED المتعددة مباشرة وتثبيتها على غرفة البخار

تجربة مقارنة لمصباح LED عالي الطاقة (50 وات متعدد الرقائق ملحوم مباشرة بغرفة البخار) و (50 وات متعدد الرقائق ملحوم مباشرة باللوحة النحاسية)

(رقاقة متعددة بقدرة 50 وات ملحومة مباشرة بغرفة البخار)

(رقاقة متعددة بقدرة 50 وات ملحومة مباشرة باللوحة النحاسية)

بيانات تجريبية

(القناة 0~3: قناة درجة حرارة الرقاقة 4~5: درجة حرارة المبدد الحراري)

درجة حرارة الرقاقة لغرفة البخار أقل بـ 30 درجة من درجة حرارة اللوحة النحاسية

يمكن لغرفة البخار أن تجعل درجة حرارة LED أقل. عند استخدام نفس المبدد الحراري لتبديد الحرارة، يكون هناك اختلاف في درجة الحرارة يبلغ حوالي 30 درجة.

يمكن لغرفة البخار التأكد من أن درجة حرارة كل شريحة على اللوحة هي نفسها. إذا تم استخدام اللوحة النحاسية لتبديد الحرارة، فإن درجة حرارة الشريحة المركزية ستكون أعلى بكثير من درجة الحرارة المحيطة، مما سيؤثر على عمر الشريحة.

مزايا لحام رقائق LED مباشرة في غرفة البخار:

1. تقليل درجة حرارة الوصلة للرقاقة وإطالة عمر الشريحة

2. يمكن أن تجعل الشريحة أكثر تركيزًا، وهو أفضل للتصميم العام للمصباح

3. جعل التغليف متعدد الرقائق عالي الطاقة ممكنًا

الحل ب: طباعة PCB على غرفة البخار، وتثبيت LED على غرفة البخار بواسطة SMT (تقنية التركيب السطحي).