คำนำ
& quot;มันสร้างความร้อนมากกว่าแสง" ประโยคนี้สรุป"ความท้าทายความร้อน" ต้องเผชิญกับการเติบโตของตลาด LED UVC การจัดการความร้อนของผลิตภัณฑ์ที่ดีคือขั้นตอนสำคัญในการปรับปรุงอายุการใช้งานของ LED UVC
1. ภาพรวมการจัดการความร้อน
การจัดการความร้อนหมายถึงการใช้เทคโนโลยีระบายความร้อนและการกระจายความร้อนที่เหมาะสม และการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดสำหรับส่วนประกอบและระบบที่ใช้ความร้อนในบรรจุภัณฑ์เพื่อควบคุมอุณหภูมิภายใน เพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือตามปกติของอุปกรณ์และระบบอิเล็กทรอนิกส์ มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้วิธีการต่างๆ กระจายความร้อนเหล่านี้เพื่อรักษาอุณหภูมิของบรรจุภัณฑ์ให้อยู่ในช่วงที่อนุญาต
2. การจัดการความร้อนเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงอายุการใช้งานของ LED UVC
เช่นเดียวกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ LED UVC มีความไวต่อความร้อน UVC LED มีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกต่ำ ในกำลังไฟฟ้าเข้า โดยทั่วไปมีเพียง 5% ของพลังงานที่ถูกแปลงเป็นไฟ (ปัจจุบันมีการกล่าวว่าประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมของผู้ผลิตที่เกี่ยวข้องเกิน 5%) และพลังงานที่เหลือมากกว่า 95% จะถูกแปลงเป็น ความร้อน. ทำให้ชิป UVC LED สร้างความร้อนที่รุนแรงผิดปกติ ในขณะนี้ หากความร้อนไม่ถูกกำจัดออกอย่างรวดเร็วและชิป LED ถูกรักษาให้ต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานสูงสุด อายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของ LED UVC จะได้รับผลกระทบโดยตรง และอาจใช้งานไม่ได้ด้วยซ้ำ
เนื่องจาก LED UVC มีขนาดเล็ก ความร้อนส่วนใหญ่ไม่สามารถกระจายออกจากด้านหน้าได้ ดังนั้นด้านหลังของ LED จึงเป็นวิธีเดียวที่จะกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ งานในการปรับปรุงการกระจายความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังแพ็คเกจและโมดูลปลายทาง ในเวลานี้ การจัดการระบายความร้อนที่ดีในกระบวนการบรรจุภัณฑ์เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง
3. การจัดการความร้อนของกระบวนการบรรจุภัณฑ์นั้นแยกออกไม่ได้จากวัสดุและกระบวนการสองด้าน
1. ด้านวัสดุ หลังจากหลายปีของการพัฒนา วัสดุบรรจุภัณฑ์ UVC LED ในปัจจุบันและกระบวนการยึดเกาะของแม่พิมพ์ในตลาดไม่แตกต่างกันมากนัก UVC LED ในตลาดนั้นใช้ฟลิปชิปและซับสเตรตอะลูมิเนียมไนไตรด์ที่มีค่าการนำความร้อนสูง เนื่องจากอะลูมิเนียมไนไตรด์ (AIN) มีคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม (140W/mK-170W/mK) จึงสามารถทนต่อการเสื่อมสภาพของแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตได้ โซลูชันนี้ไม่เพียงตอบสนองความต้องการการจัดการความร้อนสูงของ LED UVC แต่ยังเป็นประโยชน์ต่อการควบคุมคุณภาพของ LED UVC ด้วย
2. กระบวนการบรรจุภัณฑ์เป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการจัดการความร้อน กระบวนการบรรจุหีบห่อเป็นส่วนประกอบหลักในเทคโนโลยีการยึดติดแบบได-บอนด์ ซึ่งรวมถึงสามวิธี: การบัดกรีด้วยซิลเวอร์เพสต์ การบัดกรีแบบบัดกรี และการบัดกรีแบบยูเทค Au-Sn
แม้ว่าแรงยึดเหนี่ยวของการบัดกรีด้วยเงินจะดี แต่ก็ทำให้เกิดการย้ายถิ่นของเงินได้ง่ายและทำให้อุปกรณ์ทำงานล้มเหลว
สำหรับการบัดกรีแบบวางประสาน เนื่องจากจุดหลอมเหลวของการวางประสานนั้นอยู่ที่ประมาณ 220 องศาเท่านั้น หลังจากติดตั้งอุปกรณ์แล้ว การหลอมซ้ำจะเกิดขึ้นหลังจากวางอุปกรณ์ในเตาเผาอีกครั้ง และชิปมีแนวโน้มที่จะหลุดออกและล้มเหลว ซึ่งส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของ UVC LED
การเชื่อมยูเทคติก Au-Sn ส่วนใหญ่ดำเนินการโดยฟลักซ์ ซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงพันธะและการนำความร้อนของชิปและพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในทางตรงกันข้าม มีความน่าเชื่อถือสูงกว่าและเป็นประโยชน์ต่อการควบคุมคุณภาพของ LED UVC
ดังนั้นวิธีการเชื่อมยูเทคติกแบบดีบุกทองจึงเป็นที่นิยมในตลาดเป็นส่วนใหญ่ เมื่อเทียบกับวิธีการเชื่อมแบบสองวิธีแรก การเชื่อมแบบยูเทคติกส่วนใหญ่จะดำเนินการโดยฟลักซ์ ซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงพันธะและการนำความร้อนของชิปและพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น ซึ่งเอื้อต่อการควบคุมคุณภาพของ LED UVC
4. ด้วยวัสดุและกระบวนการเดียวกัน ผลการจัดการระบายความร้อนอาจแตกต่างกันมาก
1. เพื่อให้การจัดการระบายความร้อนทำงานได้ดี กุญแจสำคัญคือการลดอัตราโมฆะในการเชื่อม
ในกระบวนการเชื่อม ปัญหาของอัตราโมฆะในการเชื่อมเป็นส่วนใหญ่ ช่องว่างในการเชื่อมหมายถึงข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมชิป LED และพื้นผิว ปรากฏเป็นความว่างเปล่า เป็นตัวบ่งชี้สำคัญที่ส่งผลต่อการกระจายความร้อน จากการทดลองที่เกี่ยวข้อง ยิ่งอัตราโมฆะในการเชื่อมต่ำเท่าไร ผลการระบายความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้นและอายุผลิตภัณฑ์ก็นานขึ้น ,ยิ่งมีคุณภาพ.
2. การกระจายความร้อนของโมดูลแหล่งกำเนิดแสงก็เป็นหนึ่งในประเด็นสำคัญเช่นกัน
สำหรับ LED UVC แบบรวมหลายชิป ยิ่งชิปแบบบูรณาการมากขึ้น ปัญหาการกระจายความร้อนจะรุนแรงขึ้น แม้ว่าผู้ผลิตจะลดอัตราโมฆะของบัดกรีเพื่อปรับปรุงผลการกระจายความร้อน พื้นผิวอลูมิเนียมไม่ใช่ตัวระบายความร้อนขั้นสุดท้าย
หลังจากที่ความร้อนที่เกิดจากลูกปัดหลอดไฟ LED ถูกส่งไปยังแผ่นอลูมิเนียม พื้นผิวอลูมิเนียมจำเป็นต้องนำความร้อนไปยังหม้อน้ำอย่างมีประสิทธิภาพผ่านวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนเพื่อกระจายความร้อน เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพและความปลอดภัยของลูกปัดหลอดไฟ LED สำหรับการใช้งานในระยะยาว วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนสามารถให้เส้นทางการนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพสำหรับช่องว่างระหว่างพื้นผิวอะลูมิเนียมกับแผ่นระบายความร้อนและพื้นผิวที่ขรุขระ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของโมดูล วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนมีหลายประเภท ความสามารถในการอัดสูง และความนุ่มเป็นพิเศษ แผ่นซิลิโคนนำความร้อนที่สามารถใช้เป็นตัวดูดซับแรงสั่นสะเทือนสามารถใช้กับหลอด UV LED ได้
5. สรุป
ในขณะที่ตลาด UVC LED ขยายตัวมากขึ้น ผู้ผลิตจำเป็นต้องพิจารณาวิธีการใหม่ๆ เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้ ตอนนี้ คำถามยังคงเป็นวิธีจัดการกับความต้องการความร้อนสูงของ UV LEDs ในขณะที่ทำให้แน่ใจว่าส่วนประกอบยังคงคุ้มค่า ทนทาน และทนต่อการสึกหรอของแหล่งกำเนิดแสง UV เทคโนโลยีการฆ่าเชื้อด้วย UVC ที่ดำเนินการโดย LED สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริง ในการพัฒนาอุตสาหกรรม จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าสามารถเอาชนะความท้าทายด้านความร้อนที่ต้องเผชิญกับ UV LED ได้
