Come risolvere il problema della dissipazione del calore dei LED UV?

Quando la sorgente luminosa a LED viene accesa, l'area di connessione P-N all'interno del chip inizia a funzionare, generando e accumulando calore. Ogni volta che lo stato raggiunge una condizione stabile, la temperatura viene definita temperatura di giunzione.

Inoltre, poiché il chip è stato racchiuso, il calore del semiconduttore non può essere controllato direttamente durante la procedura di misurazione. Di conseguenza, il calore del conduttore del perno viene comunemente utilizzato per dedurre indirettamente la differenza di temperatura della sorgente di luce. Più bassa è la temperatura di giunzione della sorgente luminosa, migliore è la sua dissipazione del calore.

Tipicamente, il materiale scelto per il semiconduttore della sorgente luminosa e la forma dell'imballaggio che assume ha un impatto diretto sulla dissipazione del calore della sorgente luminosa a LED.

I materiali utilizzati per la sorgente luminosa a LED ottengono una certa resistenza elettrica all'interno e all'esterno. L'entità di questi valori di resistività riflette in una certa misura la capacità di dissipazione del calore della sorgente luminosa.

Il problema della dissipazione del calore

La dissipazione del calore è un tipo di dissipazione di energia (trasferimento di energia). Il termine "dissipazione di energia" si riferisce all'energia sprecata a causa di differenze di temperatura e inefficienze.

Il calore viene dissipato attraverso tre processi:

·  La convezione è il processo di riscaldamento dei fluidi in movimento. Un forno a convezione, ad esempio, utilizza l'aria (un fluido riscaldato e in movimento) per trasmettere il calore.

·  La conduzione è il processo mediante il quale il calore viene dissipato attraverso un materiale e forse in un altro materiale che sarebbe in contatto con la sostanza riscaldata. Un piano cottura elettrico riscaldato da resistenza elettrica ne è un esempio.

·  La radiazione è il processo attraverso il quale il calore viene disperso utilizzando le onde elettromagnetiche. Il forno a microonde è un esempio di dissipazione del calore.

·  L'utilizzo dell'isolamento appropriato per l'applicazione riduce la perdita di calore e i relativi costi, aumentando al contempo l'efficienza e la sicurezza.

Come risolvere il problema della dissipazione del calore

Per catturare il grado massimo della sorgente di luce UV-LED che rimane al di sotto della soglia di significatività del chip per un periodo prolungato a temperatura ambiente, è importante implementare prestazioni termiche sicure e affidabili per la sorgente di luce UV-LED. La gestione del calore della sorgente luminosa UV-LED può essere generalmente suddivisa in due collegamenti. I materiali e le procedure di imballaggio dei trucioli vengono migliorati nel settore della produzione di sorgenti luminose per migliorare l'efficienza di dissipazione del calore.

Tuttavia, l'aggiunta di radiatori esterni nelle applicazioni ingegneristiche può migliorare significativamente le prestazioni di dissipazione del calore. La struttura del radiatore è varia, tra cui il tipo di alette, il tipo di scambio termico, il tipo di piastra di condivisione della potenza e il tipo di micro-scanalature, tra gli altri.

Per ottenere il massimo calore della sorgente di luce UV-LED che rimane al di sotto della soglia di significatività del chip per un periodo prolungato a temperatura ambiente, è importante integrare un controllo della temperatura sicuro e affidabile per la sorgente di luce ultravioletta.

Il design della dissipazione del calore della sorgente luminosa UV-LED può essere suddiviso in livello di chip, livello di imballaggio e livello di sistema. La fonte di luce nel processo di fabbricazione determina i primi due. L'obiettivo di studio di questo articolo è il problema della dissipazione del calore dello schema, ovvero l'ottimizzazione della costruzione del dissipatore di calore ausiliario della sorgente di luce ultravioletta.

Qual è la temperatura di giunzione dei LED e perché è importante?

Temperatura di giunzione nel punto in cui il die LED incontra il materiale su cui è montato. Questa giunzione ha tipicamente la massima temperatura del dispositivo, rendendo il suo valore un buon indicatore dell'efficienza di dissipazione del calore. I canali di calore favorevoli sono integrati nei moderni pacchetti LED per trasferire il calore dall'intersezione al sito di saldatura. L'interazione del pacchetto LED con il PCB o un dissipatore di calore separato è dove si trova la connessione di saldatura.

La resistenza termica interna del LED serve come misura dell'efficienza dei percorsi interni del calore. Dal punto di vista termico, la qualità del LED aumenta al diminuire della temperatura interna. Il valore della capacità termica deve essere consultato dall'ingegnere progettista durante la creazione di un apparecchio a LED dal punto di vista della gestione termica. I risolutori CFD utilizzeranno questa cifra per calcolare con precisione la temperatura del LED e verificare se il dispositivo ha superato il limite massimo consigliato dal produttore. Le temperature di giunzione nei LED contemporanei in genere raggiungono 100°C o superiore. Il suo valore è influenzato dall'intervallo di temperatura, dalla velocità di trasferimento del calore tra il circuito LED e l'ambiente circostante e dal consumo energetico del chip.

Fattori di progettazione termica

Qualsiasi lampadina a LED deve essere realizzata per ridurre l'elevata stabilità termica dal LED all'aria circostante al fine di mantenere i LED freddi. Conduzione, convezione e radiazione termica sono i Due  tipi di dissipazione del calore che devono essere presi in considerazione e ottimizzati durante l'intero processo di progettazione dell'apparecchio.

1. Larghezza e configurazione del LED

Per creare piccoli progetti di apparecchi a LED, i progettisti spesso desiderano accorciare la distanza tra i Led su un PCB. Ma questo si tradurrà in una maggiore densità di potenza termica, che migliorerà il calore dei LED.

Produttori di LED UV offrono spesso una distanza suggerita tra i LED e specificano l'aumento di temperatura che può essere previsto quando tale distanza viene ridotta di una quantità specifica. Gli studi sul layout della scheda LED hanno rivelato che le disposizioni omogenee e simmetriche dei chip forniscono la stessa quantità di calore emesso sia che siano rettangolari, esagonali o circolari.

2. Scelta del modulo LED

I LED per l'imballaggio diretto in linea (DIP) e i più recenti LED MCOB (multiple chip on board) sono solo alcuni dei numerosi tipi di LED disponibili. I LED DIP sono utilizzati principalmente per insegne e display su gadget domestici. Si distinguono per la loro forma a forma di proiettile.

I LED SMD sono semiconduttori quadrati in grado di produrre luce sull'intero spettro RGB.

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