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UV-LED将成照明应用红海 揭秘那些实验室中的封装新技术

2016-01-18 10:25
默菲
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  OFweek电子工程网 UV-LED单个芯片面积小,便于灵活设计;但相应的是单个芯片的辐射功率也较低,在很多应用中难以满足高辐射功率密度的要求,这也是目前UV-LED在众多领域很难替代UV放电灯的重要原因之一。因此,随着UV-LED的发展,其封装和系统设计也成为关注的焦点。

  德国kit大学

  德国KIT大学的Schneider等提出了一种高功率密度的UV-LED模组,将98个395nm的LED芯片密集封装在陶瓷基板上,可以实现较高的辐射功率密度。最初98个LED芯片通过银胶封装在氧化铝陶瓷基板上,如图所示。单颗LED芯片输入电功率为1.65W,工作电流500mA,结温25℃,输出辐射功率为375mW。98个芯片串联,整个模组的最大输入功率为162W,封装面积为2.11cm2,热功率密度达到59.2W/cm2。

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  风冷条件下的特征测试结果显示,在输入功率120W、工作电流400mA状态下,模组发出的紫外波长为397nm,辐射功率密度为13.1W/cm2。而热学仿真结果表明,假如提高该模组的散热特性,辐射功率密度预计可以达到20.8W/cm2。为此,设计了一个表面微型散热器,如图所示。

  

  该散热器基于层流条件下热传导的微通道较短的原理,众多短小的微通道相互并联,以提高热传导的面积,并采用水作为冷却液。采用塑料制成的该结构散热器的热通量达500W/cm2,采用铝或氧化铝陶瓷等热阻更低的材料时,该散热器的热通量预计能够达到800W/cm2,因此可以有效提高LED模组的散热性能。随后,采用厚膜印刷的铝基板来代替陶瓷基板,结果证实改良后的模组散热性能更好,最大辐照度可达到31.6W/cm2。

  台湾中兴大学

  台湾中兴大学的Horng等人采用复合电镀工艺制备出掺杂金刚石的铜(Diamond-addedCopper,DAC)散热器并应用于UV-LED封装散热。激光闪光法测得DAC散热器的热扩散系数为0.7179cm2/s。实验结果表明,采用DAC散热器的UV-LED热阻仅为18.4K/W,低于纯铜的24.8K/W,其散热特性和光学性能都得到了改善。注入电流为350mA时,使用DAC散热器的UV-LED的表面温度为45.3℃,而相同条件下纯铜散热器的UV-LED表面温度为50.1℃,仅蓝宝石衬底的表面温度为62.5℃。该条件下,UV-LED的辐射输出功率和辐射效率分别增大至71.8mW和4.3%。

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