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只固化涂料有效改善了大功率LED模组的散热性能

2016年4月15日  |  华夏家用电器网  http://homea.deadcrusade.com |打印】【关闭

受到研究普华报道

乘半导体照明技术的快速发展,发光二极管(LED)依靠体积小、寿命长、可靠性高、亮度可调等优点,由于其制成的光源、灯具和照明器具产品逐渐进入各种可见光照明和紫外辐照应用领域。乘人们对照明应用要求的变化和强光通量和强辐通量应用需求的增多,大功率LED的需要不断增强,还具体要求呢在不断变化。如果在工业领域如紫外固化、光化学合成和就生物改性等,使用的紫外光源的功率要求甚至达到了千瓦级以上(1~20kW)。

1、紫外固化技术

紫外光固化是靠用紫外线(UV)照耀有机涂层,如果其产生辐射聚合、辐射交联和辐射接枝等影响,以小相对分子质量的物质转变成高相对分子质量产物的化学过程。由于该固化反应中不需要加热,影响体系受到呢基本不含溶剂或只含有极少量的溶剂,还经过辐照后液膜几乎100%固定,因为这反应引起的挥发性有机化合物(VOC)排放量非常低,多不会传染环境,凡是同种绿色环保的固定技术。

只固化技术还有许多卓越的优点

影响速度非常快,固定所需时间仅有几秒至几十秒,能够有效地提高生产率;

固定温度很低,不需要额外加热,在室温下虽可以实现稳定,比热固化节能约90%,适用于不宜高温固化的资料;

固定产品性能好,耐腐蚀、耐磨损、强度大、抗冲击;

固定成本低,产量高,产品性价比好。

所以光固化是同种高效、高品质、节约环保的技术。

长期以来,只固化技术在国际上获得高速发展,那个产品在多行都取得广泛使用,包括光固化涂料、只固化油墨、只固化胶粘剂、只固化保护套、只刻胶、激光三维成像、三维造型等。乘全球对环保的逐步重视,美国、德国、日本、意大利等多国已经通过立法来界定VOC排放量高的风俗涂料的使用,UV涂料等环保新材料已逐渐取代传统产品。

近来,紫外固化技术在地坪涂料中的应用得到了更加多的关怀和放开,在欧美市场已经取得了商业化的突破。地坪要求有一定的强度和刚度,并且根据不同场所有不同的性质要求,例如防潮、防水、保暖、耐磨、耐腐蚀等。风的地坪涂料都使用化学方法,如果涂料在自条件下固化,同层涂料通常需要2~6h的单调时间,完全固化则需要24h。如果在一般地坪涂料的施工过程中,需要进行频繁打磨→涂漆→固定的过程,所以施工期限长,人力资本高。如果紫外固化技术能要涂料在数秒至数十秒内深层固化,大妈缩短了工期,节省了资本。并且紫外涂层固化后表面具有非常好的性质,完全能够满足各种场合对地坪的要求。

2、紫外光源

紫外光源作为只固化反应中必不可少的重要构成之一,啊有巨大的需求量。根据统计,在印刷行业中,1998年世界安装的紫外光源固化装置为4.2万套,如果到2007年已达成了8.5万套,增强了同倍以上。目前紫外固化技术在地坪涂料的使用中还处于初期阶段,乘行业技术的不断进步和成熟,对于紫外固化设备的需要为必然大幅增加。

目前市场上供应的紫外光源产品产生多种不同种类,包括气体放电灯如普通中高压汞灯、微波中压汞灯(无极灯)、脉冲氙灯等,和紫外LED光源,分别应用于不同的行业。根据灯功率、辐射效率、光谱分布、价格基金等因素考量,这些项目的光源在紫外固化应用中各个有那个优势和缺点。

几乎种常用紫外光源的光谱,包括低压汞灯、UV荧光灯、受到高压汞灯、氙灯、准分子灯以及UVLED相当,不同光源发出的紫外光谱存在很大的差别。在紫外固化反应中必须要使用光引发剂,只引发剂吸收一定波长的能量,发生自由基、阳离子等,所以抓住单体聚合交联固化的反应。但是不同但引发剂对光子波长的响应范围不同,所以在计划地坪涂料紫外固化的施工方案时,必须保证紫外光源和光引发剂的配合。

从低压汞灯的光谱中可以视灯发出的重要是位于254nm的线光谱,此外还有少量297、313和365nm的紫外辐射。立即是同种高效的紫外光源,普通其254nm辐射效率可达50%以上,并且放电设备相对简单可靠,在杀菌、紫外固化、环境污染治理等方面还有广泛的使用。希冀1(a)中的另一条谱线是UV荧光灯的光谱,该灯实际上就是是低压汞灯灯管内表面上覆紫外荧光粉,254nm紫外辐射激发荧光粉后,在350nm附近发生较宽的带动光谱,并且与透射出的低压汞灯其他辐射谱线叠加而成为。那个放电原理和低压汞灯一致,但是荧光粉的更换效率<60%,导致部分辐射能量的损失,还紫外荧光粉的衰减很快。尽管低气压放电灯的紫外效率较高,但是单灯功率小,功率密度低,因为这很难满足大功率应用的需要。

目前被高压汞灯是最常用的大功率紫外光源,光谱如图1(b)所示,那个功率密度能达到5~25kW/m,辐射强度很大,并且光谱范围非常富有,盖了紫外到可见区域。但是固化反应中的光敏剂对不同波长光的收取响应不同,些微光敏剂对辐射光有较强的选择性,除非特定波长范围内的辐射光才能要反应有效进行,其他的辐射是无效的。所以这种宽光谱类型的光源,在实际的使用中存在辐射能量的浪费。

微波中压汞灯与普通中高压汞灯类似,有很高的功率密度,辐射强度大,光谱也诚如,还比普通汞灯的起步时短,但是为存在和普通汞灯相近似的题材。并且由于采取微波驱动的方法,微波汞灯的尺寸受到一定的限制。

脉冲氙灯也是比常用的紫外固化光源,那个完整辐射强度较大,输出热量较低,能够形成高脉冲的辐射。氙灯的辐射能量主要集中在可见和红外区域,紫外辐射占总辐射的比重很有些,所以用于紫外固化的频率是相对比较低的。

准分子光源最大的特征是能够产生高强度的窄带光谱辐射,发生的紫外波长宽度仅有几只nm,所以非常适合用于波长选择性强的使用。但是准分子灯的辐射效率比汞灯如低,并且价格非常昂贵,成为制约其使用的重要原因。

陪伴着十多年来半导体技术的快速发展,固态紫外光源即紫外LED光源成为了紫外固化光源的新贵。明显,LED有能效高、寿命长、节约环保、使用灵活方便的特征,在可见照明领域,LED光源和灯具逐渐成为主流照明产品,刚巧逐渐取代从小功率到大功率的风俗照明光源。乘紫外LED芯片的辐射效率提升与价格下降,紫外LED光源实现了在365nm以上UVA使用领域的开拓,啊特种紫外光源的研究和付出开启了新的方向,开展逐步替代现有的汞灯等传统气体放电光源。希冀1(d)凡是不同芯片的UV-LED光谱,可以视眼前UV-LED在365nm以上有多种不同的中心波长可以选择,所以可以满足光引发剂的使用要求。根据Anyaogu相当人口对氙(Xe)灯系统、汞灯系统和紫外LED光源固化木质涂层、PC涂层等影响中的结果于,紫外LED基本能够达到和俗气体放电光源相同的效用,固定后涂层的特征能满足要求。

列举并于了几乎种紫外光源的频率、功率密度等参数。从发明1受到可以明确看有,UV-LED的全部系统能效具有无可比拟的竞争优势,那个系统能效是受到高压汞灯的4~5倍,并且是可以满足大功率应用要求的。

对比于目前因气体放电灯作为紫外光源的固定装置,紫外LED固定系统的异常优点有:

1、LED光谱范围窄,使得波长辐射效率高。紫外LED发生的光谱比较窄,一半宽仅有十几只nm,光谱能量集中。如果近日来紫外LED芯片技术取得了快的进步,目前主波长365nm以上的LED芯片发光效率可达40%以上。汞灯等光源尽管总辐射效率比高,但是由于其光谱组成非常复杂,含有紫外到可见区域,所以有效的紫外波段辐射效率相对较低。所以,如果满足UV-LED的辐射中心波长与涂料中只引发剂的响应波长的配合性,那么紫外LED灯具的辐射利用效率就更高。

2、结构严谨,单位面积的辐射功率(即使功率密度)异常。在对地坪涂料进行快速稳定的过程中,固定反应对紫外辐射的功率密度有较高的要求,使用的紫外光源的功率达到了千瓦级以上。如果LED体积小,结构严谨,芯片集成封装制成的灯具可以实现很高的功率密度,能够取得较强的辐射度,并且整个系统装置能够打得比轻巧便捷,造福施工操作。

3、单面出就,系统效率高。受到高压汞灯等气体放电光源是向全空间发射紫外光的,所以在实际应用中为加强效率,固定反应系统中便配有反射罩,灯具效率只生大约60%,导致较大的辐射损失。如果LED凡是半空间出就的,紫外辐射的方向性较好,灯具效率可达90%。

4、使用寿命长,但是就是开即关。长寿命是LED的重要优点之一。风的气体放电灯使用寿命一般只生1000~4000h,如果紫外LED的使用寿命可以达到20000~30000h。此外,汞灯等气体放电光源启动较慢,灯从启动至稳定工作需要0.5~1h,还寿命受电极影响很大,一再开关灯会严重影响电极性能从而大大缩短灯的寿命,所以这些灯在使用过程中必须不断燃点,能耗大。如果LED的寿命与开关次数没有明显关联,并且能实现瞬时启动,所以可以就在需要进行紫外辐射时点灯,那个实际应用寿命远远超过气体放电灯的寿命。此外,紫外LED灯具这种即开即关之特征也能够避免不必要的电力消耗,尤其符合节能环保的要求。

5、不论热辐射,安全性更高。汞灯等气体放电光源除了有紫外辐射等以外,放电过程中还会见形成大量的可见和近红外热量损耗。为保持灯内放电物质的水汽压,所以光源的表面温度非常高(放电管表面温度达到700~900℃)。在地坪施工尤其是室内环境施工过程中,可能会产生一些挥发性的易燃易爆气体,遇汞灯等光源的高温照射,善引起燃烧或爆炸等安全问题。如果LED凡是同种“冷光源”,那个产生的只吃不含红外辐射,还LED芯片产生的热量通过散热结构设计从里基板导出并使用合理的镇设备冷却散热,所以光源表面温度低,啊不会在被照射表面产生热量积聚,能够避免此类事故的发生。

3、紫外光源和光引发剂的配合

目前结束,强辐射效率的UV-LED发生的中心波长都在365nm以上,所以在选择和UV-LED固定系统匹配的涂料配方时,必须要选用在长波处有较大吸收光谱的只引发剂。如果使用汞灯作为紫外光源的固定系统中,最常用的是只引发剂1173(2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮)。该光引发剂的吸收光谱在短波300nm左右发生很大的收取峰,但是在长波380nm附近吸收率很低,所以,该种光引发剂并不适用于UV-LED固定系统。使用UV-LED固定系统应该选择吸收光谱较长的只引发剂,如果止引发剂819苯基双(2,4,6-其三甲基苯甲酰基)氧化膦等。

可以用“使得紫外利用效率”来评价固化系统中光源与光引发剂的配合性。该参数综合考量了紫外光源的辐射效率和光引发剂的收取谱,如果没考虑光源的实际功率,推动对使用体系的完整效率进行合理评价,不但可用于紫外固化系统,啊可以用于其他紫外应用。

因为UV忍污地坪消光面漆为例,那个参考配方如表2所示。配方中使用了只引发剂1173,和被压汞灯相配合,能够达到较好的固定效果,那个行紫外利用效率为0.058,如果基本波长为380nm的UV-LED和该光引发剂的有用紫外利用效率仅为0.014,只生被压汞灯的1/4。如果如果以光引发剂819,虽然相当UV-LED的有用紫外利用效率可达1.118,远大于配合中压汞灯的0.226。所以光引发剂819和UV-LED的配合性更好。

当然,只引发剂在紫外固化反应中的效率对于整体效率的评论也会导致影响,但是中紫外利用效率的提出,啊紫外光源和光引发剂的方案选择提供了参考依据。如果不同光引发剂之间的比较,需要对各种光引发剂的收取谱进行更加定量地测定,立即还有待进一步的研究工作。

4、快大功率紫外LED只固化系统

为满足光固化工业用对大功率紫外光源的照明需求,针对现有的大功率LED包技术难题,我们研究开发了千瓦级以上的大功率紫外LED只固化系统。该LED固定系统利用铜板与氮化铝板的三明治封装结构,直接为钱作为电极连接,AlN死作为绝缘导热板,实现了高功率密度之包结构。

使用铜板电极代替薄膜电路板连接,可以以LED模组的电流负载能力增强10倍以上,解决了印刷电路板薄膜的限流问题,增大了LED模组的令电流,以单位面积的包功率提高到20~500W/cm2。在大功率集成封装中,啊LED芯片的串并联组合提供了更多的挑选,能够更为合理地设计灯具的电压和电流等参数,降了针对驱动电源的计划要求。

AlN死作为铜板正负电极之间、钱电极与散热器之间的绝缘层,既然能达到可观的绝缘效果,并且能保证芯片热量的快速导出,所以改善LED模组的散热特性。并且AlN死表面无需镀金属膜,制造工艺简单,能够有效增长成品率,降制造成本。

此外,LED模组封装中使用自制的快速导热胶作为粘结材料。该导热胶的导热系数可达120W/(m·K)以上,保险了芯片和基板、钱与AlN死之间的热传导,降了封装结构的内部热阻,尤其优化了LED模组的散热性能。

独立研发的同款地坪涂料LED紫外固化系统和光源模组的照片。这种移动式的紫外固化系统的输入功率密度达到200W/cm2,毕竟功率14kW,结构小巧,操作方便,施工简单,能够很好地应用于各种不同的地坪固化处理。

5、结束语

紫外固化作为一种高效环保的绿色技术,近来取得快速地提高和放开。尤其随着我国经济的增强,紫外固化应用存在着伟大的市场潜力。在这种发展趋势下,需要开发大功率紫外LED只固化系统以满足以的需要。针对大功率LED模组封装中存在的技术难题,已经发明了使用铜板与AlN死的三明治封装结构,使得改善了大功率LED模组的散热性能,增强了模组的充满流能力,连计划研发出了千瓦级以上的紫外LED只固化系统。

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