Statut et progrès de la technologie de refroidissement de l'éclairage LED

La LED est favorisée par la majorité des utilisateurs en raison de sa petite taille, de sa faible consommation d’énergie, de sa protection de l’environnement, de sa durabilité et de la riche couleur de sa source de lumière.Mais à l’heure actuelle, l’un des goulots d’étranglement dans le développement de l’éclairage LED est la dissipation thermique.Cet article analysera l'influence du problème de chauffage dans le processus d'éclairage sur les LED, pour conduire à l'importance de la technologie de dissipation thermique dans l'éclairage LED, et résumera et analysera la technologie de dissipation thermique actuelle et future.

1、 Problème de chauffage et son influence sur l'éclairage LED
1).Problème de chauffe de l'éclairage LED
Lors de l’utilisation de l’éclairage LED, il est nécessaire de convertir l’énergie électrique en énergie lumineuse, tout comme l’éclairage traditionnel.Cependant, de ces deux manières, aucune d’entre elles ne peut convertir complètement l’énergie électrique en énergie lumineuse, et seule une petite partie de l’énergie électrique peut être convertie en énergie lumineuse.Le reste de l'énergie électrique (60 à 70 %) est converti en énergie thermique lors du processus d'éclairage LED.Surtout pour les appareils LED et les luminaires haute puissance, avec l'augmentation continue de la puissance, la température des puces internes LED augmentera progressivement et les performances des puces internes LED et d'autres appareils diminueront ou même échoueront avec l'augmentation de la température.Finalement les appareils à led ne peuvent pas fonctionner.Fondamentalement, l’augmentation de la température de jonction réduit la probabilité de recombinaison de luminescence de jonction PN.La performance de la source lumineuse est la baisse de luminosité, entraînant un phénomène de saturation.Par conséquent, le problème du chauffage est un problème urgent à résoudre dans le cadre d’un processus de développement mené.

2).Influence du chauffage sur les LED
Dans le problème de chauffage mentionné ci-dessus, le problème de chauffage affectera non seulement la durée de vie des appareils LED, mais également la luminosité.L'expérience a prouvé que la durée de vie des LED, en particulier des LED haute puissance, dépend principalement de la température de jonction de la puce.Plus la température est élevée, plus la fiabilité est faible et plus la durée de vie est courte.Par conséquent, il est non seulement nécessaire de concevoir de manière exhaustive les dispositifs LED du point de vue des matériaux LED, des méthodes de fabrication, de la structure de l'emballage et du principe d'émission de lumière, mais il est également plus important de résoudre les problèmes de dissipation thermique des dispositifs et des lampes LED, de sélectionner l'emballage approprié. Structure et méthodes raisonnables de dissipation thermique, et appliquez-les à l'éclairage LED.

2、 État actuel de la technologie de refroidissement de l'éclairage LED
Compte tenu des limites des dispositifs et des lampes LED en matière de transformation de l'énergie électrique en énergie lumineuse, cet article met en avant le concept de technologie de dissipation thermique.Le but de la dissipation thermique est d'éliminer la partie de l'énergie lumineuse convertie à partir de l'énergie électrique dans le processus d'éclairage LED, et l'influence de la chaleur convertie à partir de l'énergie électrique sur la puce interne de la LED (ce qui entraîne une baisse des performances de la puce, un vieillissement ou même une défaillance). ).
1).Principaux facteurs affectant la dissipation thermique des LED
Les principaux facteurs affectant la dissipation thermique sont les propriétés des matériaux (conductivité thermique), la structure de l'emballage, le matériau d'emballage, la taille de la puce, le matériau de la puce, la densité de courant sur la puce, etc. Généralement, les lampes sont composées d'une puce, d'un circuit imprimé, d'un radiateur externe et d'un pilote.Par conséquent, il existe deux types de schémas de conception de dissipation thermique : l'un consiste à réduire la conversion des dispositifs LED de l'énergie électrique en énergie thermique, le processus de réalisation doit améliorer l'efficacité quantique interne des dispositifs internes à LED, de manière à améliorer l'efficacité lumineuse. de LED et résoudre le problème de dissipation thermique des LED dans le processus d'éclairage (utilisation) depuis l'interne ;Deuxièmement, du point de vue de la conception externe, en modifiant les matériaux d'emballage ou les méthodes d'emballage des appareils et lampes LED, afin d'atteindre l'objectif de réduire la résistance thermique de l'emballage, il est parfois nécessaire de configurer le radiateur approprié pour résoudre le problème de température de jonction élevée, afin de prolonger la durée de vie des appareils LED.

2) Exemples de plusieurs méthodes de dissipation thermique
(1) Le principe de sélection des meilleurs matériaux
Le principe de l'adoption de cette méthode de dissipation thermique est que la structure du boîtier a été déterminée.Les matériaux d'emballage les plus appropriés peuvent être sélectionnés en fonction de la structure d'emballage déterminée pour améliorer la conductivité thermique du système, réduisant ainsi la résistance thermique des dispositifs d'éclairage à LED et obtenant finalement l'effet de dissipation thermique du système.Les matériaux d'emballage peuvent être grossièrement divisés en matériaux de substrat, matériaux adhésifs et matériaux d'emballage.En ce qui concerne le matériau du substrat, la technologie de dissipation thermique impliquée dans les dispositifs d'éclairage à LED nécessite que le matériau du substrat présente une isolation électrique élevée, une stabilité élevée, une conductivité thermique élevée et un coefficient de dilatation thermique d'adaptation des puces.Les matériaux de substrat couramment utilisés sont le silicium, le métal (aluminium, cuivre, etc.), la céramique (A1N, SiC) et les matériaux composites.

(2) Refroidissement liquide
La dissipation thermique par refroidissement liquide est une sorte de technologie de dissipation thermique, qui utilise un liquide pour circuler à travers la surface du radiateur entraîné par la pompe pour dissiper la chaleur.Le refroidissement liquide est une sorte de méthode de refroidissement actif.Cependant, le processus de fabrication de la méthode de refroidissement liquide est complexe et difficile à réaliser, et le prix est élevé, il ne convient donc pas aux températures élevées, aux vibrations et à d'autres environnements difficiles.De plus, lors de l'application de la méthode de refroidissement liquide dans les dispositifs d'éclairage à LED, le dispositif de refroidissement à circulation de liquide avec des exigences d'étanchéité élevées endommagera les dispositifs à LED s'il est légèrement inapproprié dans le processus de production.

3、 Développement de la technologie de dissipation thermique de l'éclairage LED
Avec la maturité de la technologie d'éclairage LED et la popularité des applications d'éclairage LED, la technologie de refroidissement existante n'est pas seulement basée sur la structure et les matériaux de l'emballage, mais également sur le processus de transfert d'énergie.Ces dernières années, les matériaux de substrat des matériaux d'emballage ont connu un nouveau développement, et la dernière tendance pointe vers la recherche et le développement de Gan sur silicium (GaN-on-Silicon).Comparé au substrat saphir existant, le GaN à base de silicium présente les caractéristiques suivantes : il peut réduire le coefficient de différence de dilatation thermique, améliorer l'intensité lumineuse des LED, un faible coût de fabrication et un effet de dissipation thermique significatif.Par conséquent, le Gan à base de silicium est privilégié par les fabricants de LED.

4. Conclusion
Par rapport à la technologie d'éclairage traditionnelle, la LED n'a pas complètement remplacé la source de lumière traditionnelle, car il existe encore de nombreux problèmes clés dans la technologie d'éclairage LED, l'un des principaux goulots d'étranglement étant la dissipation thermique.Bien qu'il existe de nombreuses méthodes de dissipation thermique, elles présentent encore certaines limites, telles qu'une mise en œuvre difficile, un coût élevé, une mauvaise conductivité thermique, des exigences environnementales élevées et une technologie immature.Par conséquent, la recherche et le développement de la technologie de dissipation thermique de l’éclairage LED sont encore nécessaires, afin de jeter les bases du développement mature de la technologie liée aux LED et de la large application des LED.