Температурный режим светодиода. Теплоотводящие материалы на базе карбона

См. также:                                                                                       
Температурный режим белых светодиодов
Использование силикона в конструкции светодиодного корпуса
Светодиодная лампа с изолированным люминофором

Как показывают многочисленные исследования в области надежности светодиодных источников света, температура излучателя оказывает самое существенное влияние на срок службы светодиодов и соответственно светильников на их основе. При создании экономически оправданных твердотельных излучателей, производители стараются кроме увеличения эффективности преобразования электрической энергии в видимый свет, увеличить максимально возможно плотность тока через кристалл, с тем, чтобы получить максимальный выход с единицы площади чипа. При этом, уровень выделяемой тепловой энергии становится ограничивающим этот процесс фактором. Особенно это актуально для белых светодиодов, ориентированных на цели освещения, когда устойчивость системы голубого излучателя и люминофора имеет повышенную температурную зависимость как параметров излучаемого света (цвет, сила света, равномерность и т.д.), так и старения, при том что именно эти излучатели обычно имеют самые большие значения номинального тока.

Собственно, долговечность полупроводникового источника света, в части температурного влияния электрической мощности напрямую зависит от нескольких факторов:

• Температурной стойкости материалов, составляющих светодиодный излучатель
• Теплопроводности и конструкции самого чипа
• Теплопроводности и термостойкости материала (клея), фиксирующего чип на кристаллодержателе
• Конструкции корпуса светодиода, теплового сопротивления материалов корпуса
• Способа монтажа светодиода, теплового сопротивления используемых для монтажа материалов
• Конструкции, размера и способа охлаждения печатной платы или радиатора
• Наличия и тепловыделения электронных устройств управления и преобразователей питания
• Температуры окружающей среды

Ведущие производители светодиодов выпускают сегодня изделия, обеспечивающие достаточно хороший теплоотвод и технологичные способы монтажа. Полупроводниковые материалы, используемые при изготовлении светодиодов позволяют достигать температуры кристалла до 100-120 градусов при несущественном снижении параметров. Современные люминофоры также имеют хорошую стабильность при высоких температурах эксплуатации, при том, что технология изолированного люминофора позволяет снизить температуру слоя люминофора по сравнению с поверхностью полупроводникового материала. Однако, многочисленные исследования показывают, что наиболее приемлемо удерживать температуру светодиодного чипа в пределах 80-85 градусов.

На сегодняшний день рассматривается несколько наиболее перспективных путей удержания температуры чипа на этом уровне при повышении мощности излучателя:

• Снижение количества слоев, конструктивных элементов между кристаллом и окружающей средой
• Снижение теплового сопротивления этих слоев за счет их формы, толщины, конструкции и способов объединения в составе излучателя
• Использование материалов с максимальной теплопроводностью

Исследователи из компании Applied Nanotech Inc. разработали материал, обладающий высокой теплопроводностью при низком удельном весе, названный CarbAl™. Материал, кроме указанных отличий, имеет невысокую по сравнению с медью стоимостью.

Сравнение характеристик материала CarbAl™ с другими теплопроводящими материалами

Constant	units	Graphite Foam	Aluminum	Copper	CarbAlTM-N	CarbAlTM-G
Thermal diffusivity	cm2/sec	-	0.84	1.12	2.45	2.9
Thermal conductivity	W/mK	220 - 245	203	390	425	351
CTE	ppm/K	0.69 – 1.02	24*10-6	17*10-6	< 7*10-6	2.0*10-6
Specific Heat	J/gK	-	0.9	0.385	0.75	0.69
Specific Gravity	g/cm3	0.48 – 0.90	2.7	8.9	2.3	1.75
Bending strength	MPa	2.1 – 2.7	80	350	40	24.5
Porosity	%	60 - 70	-	-	-	20 -25
Cost (in volume)	$	>> X	<<X	X	X	<X

Литература:

1. Methods of Determining LED Operating Junction Temperature Experimental and Theoretical. LED-Professional July/Aug 2012, Issue 32.

Назад к каталогу статей >>>