Wie löst man das Wärmeableitungsproblem von UV-LEDs?

Wenn die LED-Lichtquelle eingeschaltet wird, beginnt der P-N-Verbindungsbereich innerhalb des Chips zu funktionieren, wodurch Wärme erzeugt und gespeichert wird. Immer wenn der Zustand einen stabilen Zustand erreicht, wird die Temperatur als Sperrschichttemperatur bezeichnet.

Da der Chip gekapselt ist, kann die Wärme des Halbleiters während des Messvorgangs nicht direkt überprüft werden. Daher wird üblicherweise indirekt aus der Wärme des Stiftleiters auf die Temperaturdifferenz der Lichtquelle geschlossen. Je niedriger die Sperrschichttemperatur der Lichtquelle ist, desto besser ist ihre Wärmeableitung.

Typischerweise haben das für den Lichtquellenhalbleiter gewählte Material und die Gehäuseform, die er annimmt, einen direkten Einfluss auf die Wärmeableitung der LED-Lichtquelle.

Die für die LED-Lichtquelle verwendeten Materialien erhalten einen gewissen elektrischen Widerstand nach innen und außen. Die Größe dieser Widerstandswerte spiegelt in gewissem Maße die Wärmeableitungskapazität der Lichtquelle wider.

Das Wärmeableitungsproblem

Die Wärmeableitung ist eine Art der Energieableitung (Energieübertragung). Der Begriff "Energiedissipation" bezieht sich auf Energieverschwendung aufgrund von Temperaturunterschieden und Ineffizienzen.

Wärme wird durch drei Prozesse abgeführt:

·  Konvektion ist der Wärmeprozess durch strömende Flüssigkeiten. Ein Konvektionsofen verwendet beispielsweise Luft (eine erhitzte, sich bewegende Flüssigkeit), um Wärme zu übertragen.

·  Wärmeleitung ist der Prozess, bei dem Wärme durch ein Material und möglicherweise in ein anderes Material abgeleitet wird, das mit der erhitzten Substanz in Kontakt kommt. Ein elektrisches Kochfeld, das durch elektrischen Widerstand erhitzt wird, ist ein Beispiel.

·  Strahlung ist der Prozess, bei dem Wärme mithilfe elektromagnetischer Wellen verteilt wird. Der Mikrowellenherd ist ein Beispiel für Wärmeableitung.

·  Die Verwendung der geeigneten Isolierung für die Anwendung verringert den Wärmeverlust und seine Kosten und erhöht gleichzeitig die Effizienz und Sicherheit.

So lösen Sie das Wärmeableitungsproblem

Um den maximalen Grad der UV-LED-Lichtquelle zu erfassen, der über einen längeren Zeitraum bei Umgebungstemperatur unter der Signifikanzschwelle des Chips bleibt, ist es wichtig, eine sichere und zuverlässige thermische Leistung für die UV-LED-Lichtquelle zu implementieren. Das Wärmemanagement von UV-LED-Lichtquellen kann normalerweise in zwei Verknüpfungen unterteilt werden. Chip-Verpackungsmaterialien und Verpackungsverfahren werden im Bereich der Lichtquellenproduktion verbessert, um die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern.

Das Hinzufügen von Außenstrahlern in technischen Anwendungen kann jedoch die Wärmeableitungsleistung erheblich verbessern. Die Kühlerstruktur ist vielfältig und umfasst unter anderem einen Rippentyp, einen Wärmetauschertyp, einen Leistungsteilungsplattentyp und einen Mikrorillentyp.

Um die maximale Wärme der UV-LED-Lichtquelle zu erhalten, die bei Umgebungstemperatur über einen längeren Zeitraum unter der Signifikanzschwelle des Chips bleibt, ist es wichtig, eine sichere und zuverlässige Temperaturregelung für die UV-Lichtquelle zu integrieren.

Das Wärmeableitungsdesign der UV-LED-Lichtquelle kann in Chipebene, Gehäuseebene und Systemebene unterteilt werden. Die Lichtquelle im Herstellungsprozess bestimmt die ersten beiden. Der Studienschwerpunkt dieses Papiers liegt auf dem Problem der Wärmeableitung des Schemas, d. h. der Optimierung der Konstruktion des zusätzlichen Kühlkörpers der UV-Lichtquelle.

Was ist die LED-Sperrschichttemperatur und warum ist sie wichtig?

Sperrschichttemperatur an dem Punkt, an dem der LED-Chip auf das Material trifft, auf dem er montiert ist. Diese Verbindung hat normalerweise die höchste Temperatur des Geräts, was ihren Wert zu einem guten Indikator für die Wärmeableitungseffizienz macht. Leitfähige Wärmekanäle sind in moderne LED-Gehäuse eingebaut, um Wärme von der Schnittstelle zur Lötstelle zu übertragen. Die Interaktion des LED-Gehäuses mit der Leiterplatte oder einem separaten Kühlkörper ist dort, wo sich die Lötverbindung befindet.

Der thermische Innenwiderstand der LED dient als Maß für die Effizienz der internen Wärmewege. Thermisch gesehen steigt die Qualität der LED mit sinkender Innentemperatur. Auf den Wert der Wärmekapazität muss der Konstrukteur beim Erstellen einer LED-Leuchte vom Standpunkt des Wärmemanagements aus zugreifen. CFD-Löser verwenden diese Zahl, um die Temperatur der LED genau zu berechnen und zu prüfen, ob das Gerät die vom Hersteller empfohlene Obergrenze überschritten hat. Sperrschichttemperaturen in modernen LEDs erreichen typischerweise 100°C oder höher. Sein Wert wird durch den Temperaturbereich, die Wärmeübertragungsrate zwischen dem LED-Schaltkreis und seiner Umgebung und die Leistungsaufnahme des Chips beeinflusst.

Thermische Designfaktoren

Jede LED-Glühbirne muss so hergestellt werden, dass sie die hohe thermische Stabilität der LED gegenüber der Umgebungsluft reduziert, um die LEDs kühl zu halten. Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung sind die Zwei  Arten der Wärmeableitung, die während des gesamten Vorrichtungsdesignprozesses berücksichtigt und optimiert werden müssen.

1. LED-Breite und -Konfiguration

Um kleine LED-Leuchtendesigns zu erstellen, möchten Designer häufig den Abstand zwischen LEDs auf einer Leiterplatte verkürzen. Dies führt jedoch zu einer höheren thermischen Leistungsdichte, was die Wärme der LEDs verstärkt.

UV-LED-Hersteller bieten häufig einen empfohlenen Abstand zwischen LEDs an und geben die zu erwartende Temperaturerhöhung an, wenn dieser Abstand um einen bestimmten Betrag verkürzt wird. Studien zum Layout von LED-Platinen haben gezeigt, dass homogene und symmetrische Chip-Anordnungen die gleiche Wärmeleistung liefern, egal ob sie rechteckig, sechseckig oder kreisförmig sind.

2. Auswahl des LED-Moduls

Direct Inline Packaging (DIP)-LEDs und die neuesten Multiple Chips on Boards (MCOB)-LEDs sind nur einige der vielen verschiedenen verfügbaren LED-Typen. DIP-LEDs werden hauptsächlich für Schilder und Anzeigen auf Haushaltsgeräten verwendet. Sie zeichnen sich durch ihre kugelförmige Form aus.

SMD-LEDs sind quadratische Halbleiter, die Licht über das gesamte RGB-Spektrum erzeugen können.

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