تذكر Cree أن شرائح XLamp البيضاء تتجاوز كفاءتها 40٪، وأن نحو 50 إلى 60٪ من القدرة الداخلة تخرج حرارةً. ولا تظهر كلها عند الوصلة: فجزء منها يتولّد في طبقة الفوسفور. إذا لم تغادر الحرارة الرقاقة، تموت الرقاقة. غلاف الألمنيوم ليس زينة، هو حبل النجاة.
أربع أفكار تحملها معك إلى محادثة المواصفات القادمة.
معيار LM-80 يوثّق حرارة غلاف الشريحة Ts لا حرارة الوصلة Tj. ولا توجد قاعدة تنصيف عمر عند كل 10 درجات لشرائح LED؛ فمضاعف الاثنين قاعدة مكثفات إلكتروليتية. في وحدة منشورة ينخفض L90/F10 من 38٬000 ساعة عند tp 45°م إلى 26٬000 ساعة عند tp 75°م، أي نحو 12٪ لكل 10 درجات. حدّد Ts أو tp مقيسة داخل الوحدة النهائية عند حرارة محيط التصميم، لا قيمة Tj قصوى.
سبيكة 1100-O نحو 222 W/m·K، والمبثوق 6063-T6 نحو 201، والمصبوب A380 نحو 96. المعدن نفسه، والفارق ضعفان ونيّف، والطرف الأدنى هو حيث تُصنع معظم الأغلفة. واذكر حالة المعالجة دائمًا، فهي تحرّك التوصيل عكس ما يتوقعه الحدس.
عند تثبيت السبيكة والقاعدة يحسم الشكل الهندسي. وإذا تزاحمت الزعانف بعد الحد الأمثل هبط التبديد الكلي رغم زيادة المساحة. التباعد من 6 إلى 10 مم للحمل الحراري الطبيعي، ونحو 8 مم افتراضيًا؛ والتبريد القسري يُصمَّم أضيق لأن المروحة توفّر الضغط الذي يعجز عنه تيار الحمل الصاعد.
مادة الواجهة الحرارية بين MCPCB والمبدّد الحراري. في اختبار مخبري قاست وصلة جافة 2.9 °م/W من الغلاف إلى المبدّد مقابل 0.9 °م/W مع الشحم، فارتفع المسار كله بنسبة 22٪. أمر جسيم، لكنه ليس كل شيء. حدّد المقاومة عند سماكة وصل وضغط ومساحة معلومة، لا التوصيل الحجمي وحده.
قيم نمطية قرب حرارة الغرفة. بيانات المنتج مذكورة عند 20°م، وجدول السبك بالقالب لا يذكر حرارة اختبار. وعمود الاستخدام ممارسة NLC لا قاعدة صناعية.
| السبيكة | التوصيل · العملية | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|
| 1100 (نقي) | 222 W/m·K · صفائح، حالة O | عاكسات، زخرفة |
| 6063 (مبثوق) | 201 W/m·K · مبثوق، حالة T6 | مبدّدات خطّية · ذراع عمود الشارع |
| 6061 (T6) | 167 W/m·K · معالجة آلية، حالة T6 | مبدّدات مخصّصة · حوامل |
| A380 (مصبوب) | 96 W/m·K · سكب ضغطي | غلاف Highbay · أجسام خارجية |
| A360 (سبك بالقالب) | 113 W/m·K · سكب بالقالب تحت الضغط | أجسام كشافات غاطسة متميّزة |
| ADC12 (JIS H5302) | ~96 W/m·K · سكب بالقالب (استرشادي) | مصابيح السوق الآسيوية |
| نحاس (Cu) | 391 W/m·K · نحاس C11000 | إدخالات PCB · مشاريع متميّزة |
خمس أفكار تصميم حراري تفصل المصابيح الجيدة عن العظيمة.
تنتقل الحرارة من الوصلة إلى نقطة اللحام فعازل اللوحة فمادة الواجهة فالمبدّد الحراري فالمحيط. والرمز Rth يدل على حلقة واحدة؛ اجمع الحلقات ثم احسب Tj = Ta + Rth × P. وحدة جيدة التبريد إجماليها < 5 °م/W، والضعيفة > 12 °م/W. وعند تبديد 10 W يكون الفارق ارتفاعًا مقداره 50°م مقابل 120°م، وعلى حرارة محيط داخلية 45°م تتجاوز الثانية الحدّ الأقصى المطلق 145 إلى 150°م في أوراق بيانات الشرائح المعتادة.
التوصيل والمقاومة الحرارية كميتان مختلفتان: فنسبة التوصيل لا تصح إلا إذا تساوت السماكتان، ولا لوحة حقيقية كذلك. قارن المقاومة النوعية R = t/k. والمصفوفة المصمّمة جيدًا ليست بالضرورة أسوأ بكثير، بل في مقارنة Cree المقاسة تتفوّق اللوحة ذات القلب المعدني: 3.81 °م/W مقابل 8.40 °م/W للوحة FR-4 بسماكة 1.6 مم بأربع عشرة فتحة حرارية بنحاس 4 oz، وكلما قلّت المقاومة الحرارية كان أفضل. ومع ذلك فالمصفوفة المصمّمة جيدًا ليست ميؤوسًا منها: ففي تجربة منفصلة لدى Texas Instruments على منتج مختلف قُدّر تصميم FR-4 رقيق بعينه عند 3.76 °م/W مقابل 4.23 °م/W لتلك البنية المعدنية تحديدًا، وكان عازلها أسمك مما تحتاج (التصميم المرجعي TIDA030 من TI). وهو اختبار مختلف لا يدخل في أرقام Cree. ولا توصي Cree بالتقنية فوق 5 W لكل شريحة.
يريد الحمل الحراري الطبيعي زعانف عمودية بتباعد 6 إلى 10 مم. والقيمة المثلى معادلة لا رقم ثابت: S_opt = 2.714 L / Ra_L^0.25، حيث L طول الزعنفة باتجاه سريان الهواء. وارتفاع الزعنفة تحدّه كفاءة الزعنفة لا نسبة إلى التباعد، والعائد أقل من خطي: فمضاعفة الارتفاع تكسب نحو 60٪ حرارة إضافية. أما الاتجاه فيهم من جهة قدرة الهواء على الصعود داخل القنوات؛ وإدارة المقطع حتى تصير القنوات أفقية يقدّرها أحد المصنّعين بنحو 25٪ أسوأ.
والألمنيوم الخام ليس رقمًا واحدًا: قاست دراسة مقطعًا مبثوقًا جديدًا عند 0.02، وتضع المراجع الصفائح التجارية قرب 0.09، والمصقول جدًا بين 0.04 و0.06. والطبقة الأنودية الحقيقية تبلغ نحو 0.83 إلى 0.86، والذي يفعل ذلك طبقة الأكسيد لا الصبغة، فالأنودة الشفافة تشعّ بكفاءة تقارب السوداء. والإشعاع ليس هامشًا يُهمل: فعلى مبدّد حراري بالحمل الطبيعي مع تشطيب عالي الانبعاثية حمل 28 إلى 30٪ من التبديد الكلي بين 5 و25 W في مثال محسوب، وكلّف تركه خامًا قرابة 30°م. ولا تطلب مبدّدات خارجية مصقولة كالمرايا. وداخل غلاف محكم يشعّ المبدّد نحو جدار داخلي ساخن، فينتقل التشطيب الحاسم إلى جلد الغلاف الخارجي.
تجنّب تعديل الغلاف ما أمكن. وإن استلزمت طريقة الاختبار المعتمدة فتحة وصول فاجعلها بأصغر قدر، وأعد إحكامها ووثّقها، ولا تستنتج مطابقة درجة الحماية من عيّنة معدَّلة. ونقطة tc على أي حال موضع على غلاف مكوّن يحدّده صانعه، وطرق التثبيت المقبولة هي الكبس الميكانيكي أو أقل قدر من اللحام أو اللاصق. أجرِ الاختبار في حيّز محمي من التيارات الهوائية لا على طاولة مكشوفة، وانتظر الاتزان الحراري لا مؤقتًا. واطلب بدل ذلك قياس الحرارة في موضع التشغيل الفعلي داخل الوحدة (ISTMT) عند النقطة التي يحدّدها صانع الشريحة، على أسخن شريحة، داخل هذه الوحدة بعينها، بالتيار المقرّر وعند حرارة محيط التصميم، مقاسة وفق ANSI/IES LM-98-24 ومع تقرير الاختبار. واطلب منفصلًا تقرير ANSI/IES LM-80-21، فهو يغطي ثبات التدفق الضوئي واللون لا الحرارة.
كل مصباح NLC خارجي أو صناعي موثّق حرارياً عند هدف Tj قبل الإنتاج الكمّي، لا محسوباً فقط.
شرح في 14 شريحة، جاهز للنشر مباشرة على لينكدإن ككاروسيل صور. المحتوى نفسه بقراءة أسرع.
14 شريحة · جاهزة للينكدإن. نزّل الشرائح الـ14 بدقة عالية وانشرها مباشرة ككاروسيل على لينكدإن. ونسخة PDF متاحة أيضًا.
أوراق بيانات المنتجين والمعايير وقياسات منشورة من المصنّعين، جُلبت وروجعت واحدة واحدة، مع تاريخ التحقق والإصدار الذي قُرئ فيه.
محتوى تقني من أكاديمية NLC. بدون إزعاج، ويمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت.
بالاشتراك أنت توافق على استلام رسائل NLC.