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[行业技术文章]改善散热结构提升白光LED使用寿命

更新:2013-03-27


  曩昔 LED 者为了获利充实的白光 LED 光束,曾开发年夜尺寸 LED芯片试图藉此方式告竣预期方针,不外现实上白光 LED 的施加电力延续跨越 1W 以上时光束反而会下降,发光效率则相对下降 2030 %,换句话说白光 LED 的亮度若是要比传统 LED 年夜数倍,消费电力特征希看超越萤光灯的话,就必需先克服下列的四年夜课题,包括,抑制温升、确保使用寿命、改善发光效率,和发光特征均等化。 

  有关温升问题具体方式是下降封装的热阻抗;维持 LED 的使用寿命具体方式,是改善芯片外形、采用小型芯片;改善 LED 的发光效率具体方式是改善芯片结构、采用小型芯片;至于发光特征平均化具体方式是 LED 的改善封装方式,而这些方式已陆续被开发中。 

    ■解决封装的散热问题才是基本方式 

  由于增加电力反而会造成封装的热阻抗急忙降至 10K/W 以下,是以国外者曾开发耐高温白光 LED 试图藉此改善上述问题,然而现实上年夜功率 LED 的发烧却比小功率 LED 高数十倍以上,而且温升还会使发光效率年夜幅下跌,即使封装技术允许高热,不外 LED 芯片的接合温度却有可能跨越允许值,后者终究贯通到解决封装的散热问题才是基本方式。 

  有关 LED 的使用寿命,例如改用矽封装材料与陶瓷封装材料,能使 LED 的使用寿命提高一位数,尤其是白光 LED 的发光频谱含有波长低于 450nm 短波长光线,传统环氧树脂封装材料极易被短波长光线破坏,高功率白光 LED 的年夜光加倍速封装材料的劣化,凭据者测试成效显示接连点灯不到一万小时,高功率白光 LED 的亮度已下降一半以上,基本没法知足照明光源长寿命的基本要求。 

  有关 LED 的发光效率,改善芯片结构与封装结构,都可以到达与低功率白光 LED 不异水平,主要缘由是电流密度提高 2 倍以上时,不单不容易从年夜型芯片掏出光线,成效反而会造成发光效率不如低功率白光 LED 的逆境,若是改善芯片的电极机关,理论上就能够解决上述取光问题。 

   ■想法削减热阻抗、改善散热问题 

  有关发光特征平均性,一般认为只要改善白光 LED 的萤光体材料浓度平均性与萤光体的建造技术,应当可以克服上述困扰。如上所述提高施加电力的同时,必需想法削减热阻抗、改善散热问题,具体内容划分是:下降芯片到封装的热阻抗、抑制封装至印刷电路基板的热阻抗、提高芯片的散热顺畅性。 

  为了要下降热阻抗,许多国外 LED 厂商将 LED 芯片设在铜与陶瓷材料制成的散热鳍片( heat sink )概况,接著再用焊接方式将印刷电路板上散热用导线,毗连到哄骗冷却风扇强制空冷的散热鳍片上,凭据德国 OSRAM Opto Semiconductors Gmb 实验成效证实,上述结构的 LED 芯片到焊接点的热阻抗可以下降 9K/W ,年夜约是传统 LED 的 1/6 左右,封装后的 LED 施加 2W 的电力时, LED 芯片的接合温度比焊接点高 18K ,即使印刷电路板温度上升到 500C ,接合温度顶多只有 700C 左右;相较之下以往热阻抗一旦下降的话, LED 芯片的接合温度就会遭到印刷电路板温度的影响,如斯一来必需想法下降 LED 芯片的温度,换句话说下降 LED 芯片到焊接点的热阻抗,可以有用减轻 LED 芯片降温作的负担。反过来说即使白光 LED 具有抑制热阻抗的结构,若是热没法从封装传导到印刷电路板的话, LED 温度上升的成效发光效率会急忙下跌,是以松下电工开发印刷电路板与封装一体化技术,该公司将 1mm 正方的蓝光 LED 以 flip chip 方式封装在陶瓷基板上,接著再将陶瓷基板粘贴在铜印刷电路板概况,凭据松下暗示包括印刷电路板在内模块整体的热阻抗年夜约是 15K/W 左右。