Como resolver o problema de dissipação de calor do LED UV?

Quando a fonte de luz LED é ligada, a área de conexão P-N dentro do chip começa a funcionar, gerando e acumulando calor. Sempre que o estado atinge uma condição estável, a temperatura é chamada de temperatura de junção.

Além disso, como o chip foi encapsulado, o calor do semicondutor não pode ser verificado diretamente durante o procedimento de medição. Como resultado, o calor do pino condutor é comumente usado para inferir indiretamente a diferença de temperatura da fonte de luz. Quanto menor a temperatura de junção da fonte de luz, melhor sua dissipação de calor.

Normalmente, o material escolhido para o semicondutor da fonte de luz e o formato da embalagem que ele assume têm um impacto direto na dissipação de calor da fonte de luz LED.

Os materiais utilizados para a fonte de luz LED obtêm uma certa resistência elétrica por dentro e por fora. A magnitude desses valores de resistividade reflete, até certo ponto, a capacidade de dissipação de calor da fonte de luz.

O problema da dissipação de calor

A dissipação de calor é um tipo de dissipação de energia (transferência de energia). O termo "dissipação de energia" refere-se à energia desperdiçada devido a diferenças de temperatura e ineficiências.

O calor é dissipado através de três processos:

·  A convecção é o processo de calor pelo fluxo de fluidos. Um forno de convecção, por exemplo, usa ar (um fluido aquecido e em movimento) para transmitir calor.

·  A condução é o processo pelo qual o calor é dissipado através de um material e talvez em outro material que estaria em contato com a substância aquecida. Um cooktop elétrico aquecido por resistência elétrica é um exemplo.

·  A radiação é o processo pelo qual o calor é disperso usando ondas eletromagnéticas. O forno de micro-ondas é um exemplo de dissipação de calor.

·  O uso do isolamento adequado para a aplicação diminui a perda de calor e seus custos, além de aumentar a eficiência e a segurança.

Como resolver o problema de dissipação de calor

Para capturar o grau máximo da fonte de luz UV-LED que permanece abaixo do limite de significância do chip por um período prolongado em temperatura ambiente, é importante implementar um desempenho térmico seguro e confiável para a fonte de luz UV-LED. O gerenciamento de calor da fonte de luz UV-LED geralmente pode ser dividido em duas ligações. Os materiais de embalagem de chips e os procedimentos de embalagem estão sendo aprimorados no setor de produção de fontes de luz para melhorar a eficiência da dissipação de calor.

No entanto, adicionar radiadores externos em aplicações de engenharia pode melhorar significativamente o desempenho da dissipação de calor. A estrutura do radiador é variada, incluindo tipo aleta, tipo trocador de calor, tipo placa de compartilhamento de energia e tipo micro-ranhuras, entre outros.

Para obter o calor máximo da fonte de luz UV-LED que permanece abaixo do limite de significância do chip por um período prolongado sob temperatura ambiente, é importante integrar um controle de temperatura seguro e confiável para a fonte de luz ultravioleta.

O projeto de dissipação de calor da fonte de luz UV-LED pode ser dividido em nível de chip, nível de embalagem e nível de sistema. A fonte de luz no processo de fabricação determina os dois primeiros. O foco de estudo deste trabalho está na questão da dissipação de calor do esquema, ou seja, otimizar a construção do dissipador de calor auxiliar da fonte de luz ultravioleta.

Qual é a temperatura da junção do LED e por que isso importa?

Temperatura da junção no ponto onde a matriz do LED encontra o material no qual está montada. Essa junção geralmente tem a maior temperatura do dispositivo, tornando seu valor um bom indicador da eficiência da dissipação de calor. Canais de calor condutivos são construídos em pacotes de LED modernos para transferir calor da interseção para o local de solda. A interação do pacote de LED com o PCB ou um dissipador de calor separado é onde a conexão de solda está situada.

A resistência térmica interna do LED serve como uma medida da eficiência das rotas internas de calor. Falando termicamente, a qualidade do LED aumenta com a diminuição da temperatura interna. O valor da capacidade térmica deve ser acessado pelo engenheiro de projeto ao criar uma luminária de LED do ponto de vista do gerenciamento térmico. Os solucionadores de CFD utilizarão essa figura para calcular com precisão a temperatura do LED e verificar se o dispositivo ultrapassou o limite superior recomendado pelo fabricante. As temperaturas de junção em LEDs contemporâneos normalmente atingem 100°C ou superior. Seu valor é afetado pela faixa de temperatura, a taxa de transferência de calor entre o circuito de LED e seu entorno e o consumo de energia do chip.

Fatores de design térmico

Qualquer lâmpada LED deve ser feita para reduzir a alta estabilidade térmica do LED para o ar circundante, a fim de manter os LEDs frios. A condução, a convecção e a radiação térmica são as Dois  tipos de dissipação de calor que devem ser levados em consideração e otimizados durante todo o processo de projeto de luminárias.

1. Largura e configuração do LED

Para criar pequenos designs de luminárias de LED, os designers frequentemente desejam encurtar a distância entre o Led em um PCB. Mas isso resultará em uma maior densidade de potência térmica, o que aumentará o calor dos LEDs.

Fabricantes de LED UV freqüentemente oferecem uma distância sugerida entre os LEDs e especificam o aumento de temperatura que pode ser antecipado quando essa distância é reduzida em uma quantidade específica. Estudos sobre o layout da placa de LED revelaram que os arranjos de chips homogêneos e simétricos fornecem a mesma quantidade de saída de calor, sejam retangulares, hexagonais ou circulares.

2. Escolhendo o Módulo de LED

Os LEDs de empacotamento direto em linha (DIP) e os mais novos LEDs de chips múltiplos em placas (MCOB) são apenas alguns dos muitos tipos diferentes de LEDs disponíveis. Os LEDs DIP são usados ​​principalmente para sinais e exibição em aparelhos domésticos. Eles se distinguem por sua forma em forma de bala.

Os LEDs SMD são semicondutores quadrados que podem produzir luz em todo o espectro RGB.

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