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纳米陶瓷成UVCLED热管理完美选择餐饮加盟计费系统电泳设备密封材料集成灶Frc

发布时间:2023-12-08 00:32:31 阅读: 来源:表盘厂家
纳米陶瓷成UVCLED热管理完美选择餐饮加盟计费系统电泳设备密封材料集成灶Frc

纳米陶瓷成UV台州C LED热管理完美选择

基于UVA的固化已经在工业应用中使用了多年。但是,使用高强度放电(HID)汞蒸气灯作为UV光源限制了它们适用的应用范围,因为这些灯虽然有效,但却很大、很脆弱并且启动很慢。

技术进步让UV LED作为HID的替代品而兴起。LED使用更少的电力、运行时温度较低,并且可以立即在特定的波长和功率周期下运行。这些特点正在改变紫外线固化行业,从提高效率到提供新的解决方案,例如手持式固化应用,这是HID灯所不能想象的。

而LED仍然相对低效。 进入UVA LED的电力只有大约40%转换成光,其余的60%转换成了废热。这种废热需要尽快从LED中移除,以防止LED过热并超过其最高工作温度。未能消除这种热量可能会导致光质恶化,并最终导致LED故障。

与HID灯不同,LED的表面面积小及相对较低的温度,这意味着它们可以对流并散发的热量可以忽略不计。去除热量的唯一方法是将其从芯片的背面导出、通过PCB、到散热片、再到周围环境。为了使LED芯片一直保持在其最优工作温度下,用于PCB的衬底材料需要高热效率。

6:加荷时

氮化铝存在不足

在UVA应用中,模块衬底倾向于是金属基板或电子级陶瓷,特别是高性能氮化铝(AlN)。在功率密度更高的应用中,基于环氧树脂的MCPCB根本不具备必要的热性能( 100W/mK,而AlN则是170W/mK),使得AlN成为首选基板。

然而,氮化铝也不是完美的。材料本身就比较昂贵,且比较脆弱,对制造商来说很棘手。一般的氮化铝尺寸为4x4英寸(偶尔7x5英寸),更大尺寸的通常产率更低,其脆性更强。即使是4x4英寸,产量损失20%也并不罕见。

脆性的另一个问题是将完成的模块安装到散热器上。理想龙岩情况下,电路应尽可能牢固地连接,以减少电路与散热器之间的气隙。如果用力过大,上螺丝将氮化铝模块拧到散热器上时,很容易造成氮化铝模块断裂。

显然,假如有一种替代材料具有与AlN相当的性能,并且有MCPCB的机械性能,那就十分理想了。那个选择就是纳米陶瓷。

纳米陶瓷更有优势

Cambridge Nanotherm采用专利的电化学氧化(ECO)工艺,将铝板的表面转变成仅有几十微米厚的氧化铝(Al2O3)陶瓷薄层。该氧化铝层用作上面的电路和下面的铝之间的电介质。与氮化铝相比,该层的薄度不止弥补了氧化铝相对较低的热效率,并且非常有效地传导热量。

电化学氧化工艺的下一个步骤是薄膜处理,将铜电路层直接喷到纳米陶瓷电介质,以进一步提高热效率。Nanoth华夫饼erm DMS(AlN的直接替代品,用于UV模块)具有152 W/mK的复合散热性能,稍低于高等级的AlN,除了最苛刻的UVA应用之外,能满足所有其他应用。

因为纳米陶瓷本质上是铝PCB,所以与标准的MCPCB相同,可以用机承压水箱械方法处理,不会因为脆性而有产量损失,而且可以用螺丝固定在散热器上,不会有任何破损的风险。因此,纳米陶瓷提供了两全其美的结果:既有AlN的热性能,也有铝MCPCB的鲁棒性。

不仅仅是UVA

UVA并不是纳米陶瓷唯一可以发挥其独特性能的领域。它也可用于UVC。UVC辐射的独特杀菌特性让纳米陶瓷能通过破坏细菌DNA防止繁殖而杀死细菌,这使UVC成为杀菌的理想选择。

与UVA一样,HID灯虽然没有任何荧光粉涂层,但一直用于UVC。水银灯对于大规模的应用,如市政用水消毒,是非常有效的。在这些应用中,如果灯受到损坏,在汞可能造成危害之前,可以对有毒的灯泡进行严格的控制和快速更换。HID灯与UVA市场一样,限制了可能应用的范围。

现在,LED技术正在为小型便携式消毒设备创造一个全新的市场,这要归功于LED的尺寸小巧、坚固耐用、功耗低。像便携式消毒“魔杖”这样的产品即将上市,消费者可以对智能、平板电脑和键盘等日常用品进行消毒。连接在供水管道上的水消毒装置也可以对地下水等进行消毒。

而且,消费品制造商现在可以将 UVC LED技术嵌入到他们的产品中,将其变成“自我消毒”的物品。例如,牙刷可以在放回牙架后自行消毒,婴儿奶瓶可以自行消毒,瓶子可以通过按钮消毒里面的水。诸如此类的应用实际上有无限可能,这也许会对公共健康产生深远的影响。

UVC行业的增长潜力是巨大的,根据LEDinside预测从2018年以后会飞速增长。但是,UVC LED的热量挑战本钱照旧昂贵远远高于UVA,这也是这个行业需要面临的挑战。

进入UVC LED的功率大观念1变天地宽约95%被转换成热量,意味着只有5%的功率被转换成有用的光,这是由于UVC在短波长作业。UVA在380nm作业,而UVC消毒设备在260nm的波长下作业。挑战在于,随着波长变短,LED的外部量子效率(EQE)就会降低。在380nm波长(UVA)下,EQE最好是40%。达到260nm(UVC)时,EQE下降到百分之几,这意味着对于UVC LED来说,进入LED的功率大约95%被转换成废热,需要快速去除。

为了减少外部量子效率(EQE),所有这些领域都有重大的进展,包括使用大块AlN晶片作为外延工艺的基础,因为它具有较低的缺陷密度,这增加了内部量子效应。Bulk AlN也可以透射低于280nm的光线,有可能开创新的应用。围绕量子隧穿的项目正在探索减少电阻的方法,提高电子效率以改善电子注入效率,同时使用不同的芯片几何形状来改善光提取效率。

目前的事实是较短波长的紫外线应用效率非常低,并产生了大量的热量。为了获得合适的输出,需要输入大量的电力。这会产生多余的热量,需要从LED中去除,以保持连接点处于其最高工作温度下。

对于UVC LED来说,AlN传统上是唯一的选择。MCPCB不具备所需的热性能,并且由于具有用于形成介电层的有机环氧树脂,它们会被UVC光降解。纳米陶瓷是目前最完美的选择:热效率高、耐用、无机且符合成本效益。如果热管理问题可以解决,则应用的可能将是巨大的。

热管理LED:UV成功的关键

LED技术正在对UV产业产生深远的影响。随着制造商转向LED,印刷行业的成本下降,效率也在提高。UVC LED应用正在给消毒和灭菌带来革命。然而,在热问题得到处理之前,热管理仍然是一个核心问题。然而有一点是确定的,纳米陶瓷的独特品质对于将UVC杀菌带入日常生活具有重要意义。


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