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Wie die Hitze Herausforderung der UVC-LED zu überwinden
- Sep 18, 2017 -

John Cafferkey von Cambridge Nanotherm, eine britische Firma, sagte gab es frühere sagt, dass "die erzeugte Wärme ist mehr als Licht", und nun diese Summen Satz oben die "Wärme-Challenge" des wachsenden Marktes für UVC LEDs. UvC-LEDs sind derzeit vor allem zur Desinfektion von medizinischen Geräten, Wasser und anderen täglichen Verbrauchsmaterialien verwendet. 

UVC-Technologie entstand im frühen 20. Jahrhundert, als Quecksilberlampen zuerst für die Massenproduktion hergestellt wurden.

Das ultraviolette Licht emittierende Lampe diente Trinkwasserdesinfektion im Jahr 1910. Jedoch wurde die Prototyp Fabrik stillgelegt, weil es sich als unzuverlässig erwiesen.

In den 1950er Jahren die neue UVC-Wasseraufbereitungsanlage wurde getestet und durch die Mitte der 1980er Jahre gab es etwa 1500 Fabriken in Europa.

Neben der Wasseraufbereitung UVC in einer Reihe von Anwendungen, einschließlich saubere medizinische Ausrüstung und Krankenhaus Zimmer dient um Klimaanlagen zur Verhinderung der Ausbreitung von Krankheitserregern zu desinfizieren.

Obwohl Quecksilber-Dampf-Lampen sehr wirksam bei diesen großen Anwendungen sind, Glühbirnen sind brüchig und die Verwendung von gefährlichen Quecksilber bedeutet, dass sie nicht mehr tragbar und umweltfreundlich einsetzbar sind.

In den letzten Jahren haben die led Hersteller effektiver UVC LEDs entwickelt. Obwohl nicht so effektiv wie UVA-LEDs (für Heilung Tinten und Farben), können sie für Low-Power-Anwendungen verwendet werden.

Infolgedessen glauben Branchenanalysten der UVC führte in den nächsten Jahren schnell wachsen wird. Dieser Wohlstand basiert auf der UVC-led für tragbare, verbraucherfreundliche UVC-Anwendungen, die den Markt geschaffen. Beispielsweise werden Verbraucher kaufen tragbare Desinfektion "Zauberstäbe", die verwendet werden können, um Dinge des täglichen Bedarfs wie Smartphones, Tablets oder Tastaturen zu sterilisieren.

Konsumgüter Hersteller können led UVC-Technologie in ihre Produkte einbetten, um sich zu sterilisieren. Zum Beispiel, nachdem die Zahnbürste verwendet wurde, um zurück auf die Ablage legen, automatisch desinfiziert werden kann, durch der Taste drücken kann, die Babyflasche automatisch sterilisierbar; Wenn verwendet, kann die Armatur Sterilisation des Wassers. Diese Möglichkeiten sind endlos.

Das Potenzial, retten Leben

Allerdings sind einige der tiefer gehenden Anwendungen der UVC von Belang. Tragbare Sterilisation Flaschen können die Art und Weise verbessern Entwicklungsländer sorgen für sauberes Wasser für ihre Bürgerinnen und Bürger, und wenn sie konsumiert werden müssen, kann Wasser desinfiziert werden. Dies ist besonders wertvoll in einigen Bereichen, wie Bereiche, wo keine zentrale Wasser-Desinfektion-Infrastruktur vorhanden ist, oder wo sauberes Wasser schnell zur Verfügung gestellt werden kann.

Neben neuen Anwendungen profitieren sogar Krankenhäuser (UVC werden seit Jahren in Krankenhäusern). Weltweit mehr als 700.000 Patienten im Krankenhaus jedes Jahr infiziert sind und 75000 getötet. UVC-Technologie kann in medizinischen Geräten, wie z. B. Stethoskop und Skalpell, eingebettet und kann in wenigen Sekunden desinfiziert werden.

UVC LEDs haben das Potenzial, UVC-Desinfektion-Funktionen in den Massenmarkt zu bringen und möglicherweise einen erheblichen Einfluss auf die öffentliche Gesundheit.

Hot Challenge

Die Technologie ist noch in den Kinderschuhen, und eines der Probleme ist das Thermomanagement der UVC LEDs. Wie jede elektronische Komponente sind LEDs empfindlich gegen Hitze.

UVC-LEDs haben einen außergewöhnlich niedrigen externen Quantum Wirkungsgrad (EEP)-sie wandeln nur etwa 5 % der Leistungsaufnahme in Licht. Die restliche 95 % der Energie wird in Wärme umgewandelt, und die Hitze muss schnell entfernt werden, um die LED-Chip unter seine maximale Betriebstemperatur zu halten. Wenn der LED-Chip nicht rechtzeitig gekühlt wird, wird es schließlich seine Lebensdauer verkürzen oder sogar benutzen.

Wie UVC LEDs stärker werden, müssen die Hersteller neue Wege zur Bewältigung dieser Herausforderung zu betrachten. Nun, das Problem ist immer noch wie um zu bewältigen, die hohe Nachfrage der UV-Desinfektion geführt, gleichzeitig sicherzustellen, dass Komponenten kostengünstig bleiben haltbar und in der Lage, UV-Licht Quelle selbst tragen.

Da die UV-LED ist zu klein, viel Wärme nicht von ihrer Oberfläche, also die einzige Möglichkeit, effektiv lassen verbreiten kann ist die Wärmeabgabe durch die Rückseite der LED. Hitze muss abgeleitet aus der LED-Chip über das Modul PCB, um den Kühlkörper zu erreichen und dann in die Atmosphäre freigesetzt.

Wärme ist auch das Problem der PCB

Die Installation der LED-Platine muss hohen Wärmeleitfähigkeit für sichtbares Licht LED in der Regel eine Metall Basis Leiterplatte (MCPCB ist) haben. Dies gilt jedoch nicht für UVC-Anwendungen. Die MCPCB besteht aus ein Stück Metall (meist Aluminium oder Kupfer), mit einer Schicht aus dielektrische Schicht angebracht, bestehend aus elektrisch leitfähigen aber elektrisch isolierte Epoxidharzen.

MCPCB basierend auf Epoxy Dielektrikum in sichtbare Licht Anwendungen einsetzbar, aber UV (vor allem UVC) verschlechtert sich organische Stoffe, wie z. B. Epoxidharze, und reduziert damit deutlich die MCPCB Lebensdauer der UV-Anwendungen. Die einzige Alternative ist die Verwendung von elektronischen Grade Keramik.

Aluminium-Nitrid (AIN) hat hervorragende Wärmeleitfähigkeit (140W/MK-170W/MK), aber ist teuer. Aluminiumoxid ($literal) ist eine kostengünstigere Alternative, aber bietet nicht die Wärmeleitfähigkeit von UV-LEDs (20W/MK-30W/MK) erforderlich. Zur gleichen Zeit sind beide zerbrechlich und leicht beschädigt, was bedeutet, sie sind nicht einfach anzubringen mit Schrauben und eignen sich nicht für leistungsfähigere Anwendungen.

Die alternative Lösung ist Nano-Keramik mit Schaltung Schicht Sputtern. Dadurch haben die Wärmeleitfähigkeit oben / und ist innerhalb der gewünschten Wärmewert.

Die britischen Cambridge Nanotherm verwendet einen patentierten elektrochemischen (ECO)-Oxidationsprozess, der die Oberfläche von Aluminium-Blatt in Dutzenden von Mikron dünne Aluminiumoxid ($literal) Keramik umwandelt.

Die Tonerde ($literal) keramische Schicht fungiert als ein elektrisches Medium zwischen der obigen Schaltung und das Aluminium unten. Da die Tonerde keramische Schicht von Eco Prozess produziert sehr dünn ist, kann leicht Hitze übergeben werden, so dass es gute Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Filmentwicklung oder Sputtern Schritt folgt der ECO-Prozess, und die Kupfer-Schaltung-Schicht ist an direkt Nanometer keramischen Dielektrikums, den thermischen Wirkungsgrad weiter zu verbessern. Da keine organischen Epoxy zu jedem Zeitpunkt verwendet wird, hat ultravioletter Strahlung nichts zu erniedrigen.

Diese Methode kann MCPCB mit den thermischen Eigenschaften der AlN (AlN), aber gibt es keine Probleme im Zusammenhang mit Produktion oder Sprödigkeit.

Die UVC-Desinfektion-Technologie umgesetzt durch LEDs kann echte transformative Wirkung bringen, aber Hersteller und Designer müssen sicher sein, die thermischen Herausforderungen der UV-LEDs zu überwinden.

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