1. 核心設計目標與挑戰
散熱與光譜穩定:植物對光光譜***敏感。LED結溫(Tj)升高會導致波長偏移(特別是紅光芯片)和光效降低,直接影響植物光合作用效率。載具必須***散熱,保持低溫。
高功率密度:植物燈追求高PPFD(光合光子通量密度),常采用多芯片、高電流密度設計,熱流密度大。
長期耐候性:農業環境可能高溫高濕,載具材料需抗腐蝕。生產載具本身也需耐受長期熱循環和化學暴露(如偶爾接觸硅膠、清潔劑)。
均勻性:對于多芯片COB,載具需***整個基板溫度均勻,避免局部過熱。
效率與成本:農業照明對成本敏感,載具需要在性能和成本間取得平衡。
2. 關鍵設計要素與技術方案
2.1 熱管理:主動散熱是標準配置
集成水冷系統:
載具主體即水冷板。內部采用雙流程、串并聯結合的流道設計,確保冷卻液能均勻流經整個熱源區域,實現溫度均勻。
材料:6061-T6鋁合金是性價比。對于功率的芯片,可采用鋁銅復合結構(與芯片接觸部分嵌入銅塊)。
接口:使用快換水管接頭,便于快速連接測試臺。
高性能導熱界面:
與COB接觸的表面需精密加工,平面度<0.05mm。
使用相變導熱材料(PCM) 或高性能導熱硅脂。PCM在自動化生產中更優,無滲漏風險,性能一致性好。
溫度監控與閉環控制:
集成高精度NTC或PT1000溫度傳感器,緊貼載具工作面。
傳感器數據反饋給外部冷水機(Chiller),實現閉環溫度控制,將載具溫度穩定在設定值±1°C內,這是***光譜穩定的關鍵。
2.2 機械壓緊:均勻可靠
四角彈簧壓臂機構:
采用不銹鋼壓臂配合耐高溫彈簧,提供恒定且可調的壓緊力。
壓力需計算,確保壓縮TIM的同時不損傷芯片和基板。
壓臂接觸點使用PEEK或陶瓷等絕緣耐磨材料。
基板定位:
使用可更換的定位銷或可調節的定位擋塊,以適應不同尺寸的陶瓷或金屬基板。
2.3 電連接:滿足大電流需求
大電流彈簧探針(Pogo Pin):
這是自動化測試的選擇。選擇每針可承載***以上電流的鍍金彈針。
彈針陣列的布局必須與COB電極***對應。
大電流接線柱:
作為備選方案,使用銅合金鍍鎳接線柱,通過扭力螺絲壓接電纜。更經濟可靠,適合非全自動工站。
2.4 材料選擇:耐高溫耐化學腐蝕
主體:6061-T6鋁合金,表面進行硬質陽極氧化處理。陽極氧化層硬度高、耐磨、耐腐蝕且具有一定絕緣性。
壓臂/絕緣部件:使用PEEK。它具有優異的長期高溫穩定性、機械強度和耐化學性,能承受封膠工序可能帶來的污染。
密封材料:水冷系統的密封圈必須使用氟橡膠(FKM),以耐受高溫和可能的化學腐蝕。
2.5 光譜考量與特殊設計
避光設計(可選):
在進行光電測試時,為避免外界光線干擾,載具可設計遮光圍欄或配套遮光罩,確保測試數據的準確性。
耐紫外(UV)材料(可選):
如果封裝或測試涉及UV LED芯片,載具的暴露部件(如壓臂)需選用耐UV的材料(如特定型號的PEEK或金屬),防止材料老化變脆