Для большего использования СД в освещении необходимо углубить, в частности, решение задачи отвода тепла от кристалла СД. При этом известно, что повышенная термоэлектрическая нагрузка приводит к интенсификации физико-химических процессов деградации СД, а срок службы и световой поток СД зависят от рабочей температуры его кристалла. Всестороннее совершенствование СД источников света в плане теплоотвода является актуальной задачей оптоэлектроники и светотехники.
Цель работы «Оценка влияния теплопроводности клеевого слоя на температуру светодиодных кристаллов» авторов в составе: Афонин Кирилл Нильевич, Иванов Александр Андреевич, Солдаткин Василий Сергеевич, Tуев Василий Иванович, Хомяков Артём Юрьевич, состояла в исследовании влияния на температуру СД кристаллов теплопроводности клеевого слоя, реализованного с использованием известных и синтезированных высокотеплопроводящих композиционных материалов. Поскольку для СД отвод тепла от активной области кристалла во многом определяет его срок службы и энергоэффективность, в работе ставились следующие задачи: анализ и выбор кристаллов (для СД средней мощности); синтез токопроводящего композиционного материала с высокой теплопроводностью для фиксации СД кристаллов в корпусе; построение тепловой модели СД.
С применением компьютерного моделирования в программном комплексе «Ansys» исследовано влияние теплопроводности клеевого слоя между светодиодным кристаллом и корпусом SMD 3528. Для исследования выбраны три типа кристаллов и три типа клеевых композиций.
Стремление снизить стоимость токопроводящих паст и клеев приводит к попыткам замены дорогостоящих порошков металлов, и иногда для удешевления клеевых композитов используют посеребрённую медь или посеребрённый никель, что не всегда приводит к ожидаемым результатам. Так, для сравнения эффективности нано- и микропорошков исследованы нано- и микропорошки серебра, полученного двумя разными методами: электровзрывной порошок серебра и порошок серебра, полученный электроэрозионной обработкой серебряных гранул в различных по химической природе растворителях. Такое же сравнение проведено с порошками из алюминия и меди.
Результаты термогравиметрических, дилатометрических и теплофизических измерений указанных порошков позволили найти метод получения порошка с наименьшей температурой спекания. Такие порошки получаются электроэрозионной обработкой серебряных гранул в воде, и их можно использовать в условиях низкотемпературного спекания до температуры деструкции полимерной матрицы.
Проведён анализ и выбраны кристаллы для СД средней мощности. Синтезированы токопроводящие композиционные материалы с высокой теплопроводностью для фиксации СД кристаллов в корпусе. Построены тепловые модели СД. Получены новые результаты моделирования тепловых характеристик СД средней мощности на основе типовых материалов конструкции и синтезированного материала клея. Тепловое моделирование показало, что повышение λ клеевого слоя с 2 до 60 Вт/(м·K) снижает температуру примерно на 5 %. Можно заключить, что повышение потока излучения СД повышением их рабочего тока с учётом рекомендуемого теплового режима работы кристаллов незначительно, а сохранение рекомендуемого производителем рабочего тока вместе со снижением температуры активной области кристалла даст увеличение срока службы СД.