Quão sintonizável é humano

Jun 23, 2023

Por exemplo, na educação, uma luz azul ou branca fria pode ajudar a aumentar a atenção dos alunos (e dos professores) depois do almoço, quando o entusiasmo e a energia tendem a diminuir. Por outro lado, uma luz laranja mais quente ajudará a acalmar uma sala de aula com crianças turbulentas.

Na hotelaria, os restaurantes tiram frequentemente partido da iluminação básica ajustável, criando diferentes ambientes em diferentes horas do dia para os hóspedes – sem necessitar de um sistema de iluminação multimodo complexo e dispendioso.

E em países que registam temperaturas extremamente altas no verão, especialmente no Médio Oriente, e temperaturas extremamente baixas no inverno, como a Suíça ou o Canadá, cada vez mais edifícios apresentam iluminação ajustável que oferece luz mais azul no verão para criar uma atmosfera mais fresca e luz laranja. no inverno para criar uma sensação de calor.

Embora a mudança para a iluminação ajustável beneficie os ocupantes e os clientes, os desafios técnicos envolvidos na criação de LEDs que fornecem iluminação ajustável estão a colocar desafios aos engenheiros de LED em termos de custo, desempenho, fiabilidade e capacidade de fabrico.

Voltando-se para LEDs CSP

Para suportar iluminação ajustável, são necessários vários LEDs que emitem comprimentos de onda diferentes. Isso requer muito mais LEDs em cada lâmpada. Uma das modificações essenciais que os engenheiros devem fazer no LED 'embalado' padrão normalmente implantado é retirar certas peças para tornar o componente do LED menor, criando assim um LED de embalagem em escala de chip (CSP) onde cada dispositivo é inferior a 1,2x do que seu elemento funcional LED principal.

Criar um CSP em si não é de forma alguma o único desafio – outro é como lidar com o intenso problema de calor causado pelo tamanho pequeno. Alguns CSPs agora excedem 10W/mm2. O que a maioria dos engenheiros sabe, mas os consumidores não, é que os LED tendem a ser apenas cerca de 40% eficientes, o que significa que o LED desperdiça 60% da sua energia de entrada na forma de calor. Tal como acontece com qualquer dispositivo eletrônico, muito calor pode afetar negativamente os critérios de desempenho, como a qualidade da luz, e pode causar sérios danos ao tecido do LED, por isso é necessário removê-lo o mais rápido possível.

Com LEDs embalados padrão, remover esse calor é uma tarefa muito mais fácil do que com CSPs. O calor não pode escapar através do encapsulante, que existe para proteção, então normalmente ele deve escapar pela parte traseira do LED, viajando através de múltiplas camadas de material que espalham o calor para mitigar o perigo.

Conforme visto na figura 2, o efeito de uma submontagem ou base de pacote é espalhar o calor do LED por uma área maior antes de atingir a placa de circuito impresso revestida de metal (MCPCB). Isso significa que o MCPCB não é desafiado a lidar com o resfriamento da fonte pontual de calor da junção do LED.

Mas com os CSPs, os fabricantes retiraram a submontagem ou base do pacote (o CSP finalizado não deve ser mais do que 20% maior que o próprio chip para ser qualificado como um CSP), o que significa que o LED agora produz a mesma quantidade de calor mas em um ambiente muito menor. E como golpe duplo, a submontagem/base do pacote, que o LED CSP agora perdeu, funcionava como um grande dissipador de calor, reduzindo assim a intensidade do calor e o risco. O resultado é um LED que também é uma fonte pontual intensa de calor que apresenta riscos à qualidade da luz e à vida útil de qualquer lâmpada LED à qual seja adicionado. E ninguém quer comprar um sistema de iluminação que não atinja todo o seu potencial.

Conforme mostrado na figura 3, o transporte de calor através de um MCPCB é uma combinação de espalhamento radial no cobre e condução axial através do cobre, dielétrico e alumínio. Para uma aproximação muito simplista, o fluxo de calor ideal é obtido quando estes vetores são iguais. Isso significa que se o dielétrico do MCPCB não for um bom condutor térmico, então o rastreamento de cobre deve ter 70–105 µm de espessura (2 ou 3 onças) e grande área para fornecer resfriamento eficaz.

Um segundo problema com a remoção da submontagem/base do pacote é que ela transfere a responsabilidade do gerenciamento térmico dos fabricantes de embalagens de LED para os integradores de luminárias e projetistas de motores de luz em geral. Isso é algo com o qual nunca tivemos que lidar em suas soluções MCPCB até agora.