دانلود مقاله ترجمه شده گرما و جریان سیال در ساخت LED های توان بالا و کاربردهای آن

چکیده

ویژگی‌های دیودهای نورافشان (LED ها) به صورت گسترده در زندگی‌های روزمره مورد استفاده قرار می‌گیرند. هم نور و هم گرما از چیپ های LED تولید شده و سپس از طریق چندین ماده ساختاریافته و واسط منتقل و یا هدایت می‌شود. قسمتی از نور منتقل شده در حین فرآیند انتشار نور به گرما تبدیل می‌شود، در مقابل، تجمع حرارت باعث تضعیف نور خروجی می‌گردد. گرمای تجمیع شده به صورت منفی روی قابلیت اطمینان و نیز طول عمر LED های تأثیر می‌گذارد و از این رو مدیریت گرما امری حیاتی برای ساخت و کاربردهای LED ها می‌باشد. از سوی دیگر، در پروسه‌های ساخت LED ها، بسیاری از مشکلات، مربوط به جریان سیال می‌باشد نظیر پوشش فسفر، تزریق سیلیکون، اتصال چیپ، جریان مجدد لحیم و غیره. در میان این مشکلات، پوشش فسفر مهم‌ترین پروسه‌ای است که برای عملکرد LED ها ضروری می‌باشد. ژل فسفر نوعی سیال غیر نیوتنی است و پروسه پوشش دهی آن در واقع یک مشکل جریان سیال می‌باشد. در حالت کلی، از آنجایی که ساخت LED و کاربردهای آن در حال حاضر مشکلات زیادی را در زمینه گرما و جریان سیال به وجود آورده است، درک کاملی از این مشکلات امکان رسیدن به پیشرفت‌های عملی در توسعه پروسه‌های LED و طراحی‌های آن را فراهم می‌سازد. در این مقاله مروری، تأکید اصلی روی تولید گرما در چیپ ها، جریان گرما در بسته‌ها و نیز محصولات کاربردی، جریان سیال در پروسه پوشش فسفر و غیره می‌باشد. این موضوع یکی از حوزه‌هایی است که در آن، پیشرفت‌های قابل‌توجهی طی دهه اخیر صورت گرفته است و ارائه این پیشرفت‌ها استفاده از روش‌های ساخت LED و نیز فناوری‌های کاربردی آن را تسهیل خواهد کرد.

1-مقدمه

دیودهای نورافشان (LED) به عنوان نمونه‌ای از روشنایی‌های حالت جامد (SSL) در واقع یک فناوری روشنایی هستند که تقریباً بیشترین پیشرفت‌ها را در صنعت روشنایی در قرن حاضر به خود اختصاص داده‌اند. در یک LED، الکتریسیته به نور تبدیل می‌شود. کاملاً واضح است که LED ها مزیت‌های زیر را به ارمغان آورده‌اند: (1) صرفه‌جویی انرژی: LED ها به انرژی کمتری برای انتشار نور معادل در مقایسه با سایر منابع نوری نیاز دارند (2) طول عمر طولانی‌تر: به خاطر مشخصه‌های فیزیکی فشرده در این قطعات، LED ها اغلب در مقایسه با لامپ‌ها دارای طول عمر بیشتر هستند. لامپ‌های حبابی التهابی نهایتاً 1000 ساعت عمر می‌کنند و به خاطر گرم شدن، رشته التهابی آن‌ها خراب می‌شود و لامپ‌های فلورسنت نیز حدود 10000 ساعت عمر می‌کنند. در حالی که LED ها می‌توانند بالای 50000 ساعت و یا بیشتر از نظر تئوری عمر داشته باشند. (3) مشخصه‌های دوستدار محیط‌زیست: برخلاف لامپ‌های فلورسنت، هیچ جیوه ای در LED ها استفاده نشده است، در نتیجه پس از رهاسازی در طبیعت، دوستدار محیط‌زیست هستند. (4) دماهای رنگی گسترده: LED ها رنج گسترده‌تری از دماهای رنگی (4500 K–12,000 K) و دماهای عملکرد گسترده‌تری (−20 °C to 85 °C). را به ارمغان می‌آوردند. (5) راه‌اندازی سریع: LED ها مشکلات راه‌اندازی دمای پایین را ندارند، در نتیجه نسبت به سایر منابع نوری نظیر لامپ‌های هالوژن فلزی، از این مشکل مستثنا هستند. بر اساس مزیت‌های فوق، تاکنون، LED ها به عنوان نسل چهارم منابع نوری شناخته می‌شوند. آن‌ها به صورت گسترده در زندگی‌های روزمره ما مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل لامپ‌های خیابان‌ها، نورهای زمینه، لامپ‌های جلوی اتومبیل‌ها و روشنایی‌های عمومی. باور اصلی بر این مبنا است که LED ها به خاطر مزیت‌هایی که دارند به صورت گسترده‌تری در آینده مورد استفاده قرار گیرند. به خاطر سهم LED ها در جوامع بشری، جایزه نوبل سال 2014 در فیزیک به سه دانشمند برای توسعه و اختراع LED های آبی کم‌مصرف بر اساس نیترید گالیوم (GaN) اهدا شد.