Анализ и пути оптимизации конструкций современных светодиодных ламп-ретрофитов

Одной из основных проблем при разработке светодиодных источников света и световых приборов на их основе является создание эффективного теплоотвода. Классические лампы-ретрофиты, предназначенные для замены ламп накаливания, как правило, оснащены алюминиевым радиатором, созданным по технологии литья под давлением. Максимальная температура кристалла современных светодиодов лишь незначительно превышает 100°C, следовательно, имеется лишь небольшой перепад температур между температурой кристалла и температурой окружающей среды. В связи с этим необходима большая поверхность и оптимальная система распределения тепла, для того чтобы рассеять тепловую мощность, выделяющуюся в источнике.

Рассматривая путь прохождения потока тепла от кристалла можно выделить 3 группы теплопроводящих элементов. В первую группу входят сами светодиоды. Ее главными элементами являются кристалл и теплоотвод – медная подложка, которая связывает кристалл с нижней стороной светодиода. Ко второй группе относится теплоотвод, который отводит энергию от источника тепла к теплостоку (окружающие элементы/воздух). Третья группа механически объединяет названные модули, электрически изолирует и служит отводу тепла: в большинстве случаев светодиод припаивается на печатную плату, после чего на него приклеивается металлический теплоотвод.

Оптимизация теплоотвода является общепринятой на рынке. Доступны сотни различных конструкций, в основном из алюминия. Но для значительного улучшения работы теплоотвода необходимо оптимизировать третью группу элементов теплоотвода или полностью ее исключить. Электрическая изоляция должна быть создана самим теплоотводом благодаря использованию других материалов. Решением является керамика. Керамика, например рубалит (Al2O3) или алюнит (AlN), объединяет в себе хорошую электрическую изоляцию и высокую теплопроводность. Рубалит обладает меньшей, алюнит приблизительно такой же теплопроводностью, как и алюминий. С другой стороны, рубалит дешевле алюнита. Их термический коэффициент расширения соотнесен с коэффициентом расширения полупроводников, они имеют фиксированную форму, устойчивы к коррозии. Керамический теплоотвод обеспечивает надежный отвод тепла, являясь к тому же электроизолирующим материалом, что позволяет создавать на нем контактные площадки в виде площадок металлизации. Теплоотвод является в таком случае ключевым элементом конструкции модуля, и на нем могут быть монтированы светодиоды или другие компоненты, как и в случае с обычной печатной платой. Система напрямую отводит тепло без каких-либо термических барьеров.