亚游国际游戏集团

    NEWS 行業動態 您所在的位置:首頁 > 信息動態  > 行業動態

    新聞導航

    基於提高LED光源耐溫性能的實驗探討(二)

    來源:www.cruisesite.cn 發布時間:2020-06-10 返回

            第一章

       一、 LED光效:區分瞬態光效和穩態光效的意義

       二、 LED熱阻:區分光源內部熱阻和光源外部熱阻的意義

       三、 LED光衰:光通量下降不等於光衰,LED不可逆的損傷=光衰

       第二章

       四、LED光衰原因

       五、提高LED光源的耐溫特性可減少LED光衰

       六、為何要提高LED光源的耐溫度特性

       七、如何讓LED光源耐受高溫

       第三章

       七、鋁基板完全沒必要做到3750V耐壓

       八、如何解決驅動電源這塊短板

       第四章

       九、介紹一種WFCOB光源

       第五章

       十、介紹一種LED模組照明燈

        

       第二章

       四、 LED光衰原因

       1,LED光衰是光源材料損傷而引起的不可逆轉的衰減失效現象

       LED光衰是指LED經過一段時間的點亮後,其光強會比原來的光強要低,而低了的部分就是LED的光衰,目前我國尚未製定LED光衰標準,行業內部規定 5000H小時光通量維持率≥70%,認為失效。

       2,光通量下降不等於光衰

       眾所周知 LED工作之後其光強會隨著芯片結溫升高而下降,光效隨之降低,這是半導體隨溫度變化的固有的物理特性。隻要LED光源某個部件不超過溫度極限而損傷, LED停止待溫度複原後其光強値還會恢複如初,也就是說LED不管工作多久,隻要初始光強不變就不能認定為光衰。筆者認為,LED光衰是指LED光源因某種材料損傷不再恢複的失效現象, 亦即LED光源在所規定的時間內無損光通量(初始光強)與有損光通量(衰減不可恢複光強)之比值。

       3,LED光源光衰的主要原因是膠體耐溫不夠

       眾所周知,芯片(包括熒光粉)屬無機材料,實驗證明芯片和熒光粉在二、三百度高溫工作原則上不成問題。從光源係統講,導致LED光衰的主要原因是膠體耐溫不夠,目前最好的封裝膠耐溫僅一百多度,測試證明一個50W的集成光源在足夠大的散熱器工作時膠體溫度往往高達200多度,無論是灌封膠還是PPA在長時期高溫運行必然會造成膠體龜裂、碳化,與芯片分離進而造成光衰。

     

     從燈具係統講導致LED光衰與係統熱阻有關,包括散熱通道、散熱材料、散熱方式、及與溫度有關的部件等等。

       LED光源的光衰是由支架結構、芯片、熒光粉品質、膠體耐溫性能、封裝工藝廠等條件決定,這些條件都由封裝廠選定,而首選是封裝支架和膠體的耐侯性。從某種意義講,LED封裝的核心技術應該是封裝支架研發和製造技術,它決定LED光源的用途、功能及性價比。

       五、提高LED光源的耐溫特性可減少LED光衰

       1. 為何要提高LED光源的耐溫度特性

       眾所周知LED屬於半導體低溫發熱器件,低溫熱源在自然散熱條件下散熱效率很低,LED因為熱源通過對流和輻射將熱量傳到空氣中,如果LED散熱器溫度與環境溫度相差很小,再加大散熱器麵積其散熱量變化甚微。理論研究表明,輻射散熱量與溫度的4次方成正比:Q= εσ S(T w 4 -T0 4 ),溫差越大熱量散發越多。亦即在相同環境溫度下散熱器溫度越高、所散發的熱量越多。因此適當提高散熱器的工作溫度,控製在LED光源長時工作後穩態光效無大變化而不發生光衰為原則。這種提高LED光源耐高溫的設計思路,不僅僅是基於平衡散熱與成本考量,更主要是讓LED光源在較高溫度下安全工作而不發生光衰。這樣不僅可減少散熱器用量和成本,而且還可加大芯片的工作電流的承載能力,同時達到減少LED光衰延長使用壽命目的,是一舉多得的設計革命。

       2. 如何讓LED光源耐受高溫

       自從LED問世以來,業界付出了巨大投資去研究LED光衰。LED散熱牽動著每個從事LED人的神經,想盡了很多辦法,其中:

       *倒裝技術: 倒裝芯片技術早在10年前國外大公司投巨資研究,旨在免用襯底膠晶粒直焊技術,不僅免除了正倒裝芯片在表麵打線致命傷,還可通過直焊技術有效降低封裝熱阻,讓光源耐受高溫,業界普遍認為是LED封裝的前沿技術。但是人們要問:經過這多年研究實驗,為何倒裝技術遲遲不能取代正裝芯片技術而成為主流?其根本原因是:倒裝早期工藝不僅依賴陶瓷基板,還要依賴鋁 (銅)基板,由於(兩次)過錫焊要經受280度高溫,會對材料和部件造成損傷。陶瓷基板和金屬基板相比反光率不高,瞬態光效難以提高,陶瓷基板的導熱率和芯片接觸麵積有限也決定了穩態光效難以提高。加工成型和安裝都不如金屬基板簡單方便,倒裝工藝兩次過錫焊和陶瓷基板 +鋁基板雙重熱阻足以將上述優勢抵消怠盡。另外,倒裝工藝的熱壓焊、回流焊等設備價格貴,且不成熟,考驗倒裝技術未來前途還是LM\元值,亦即光效第一,價格為王。所以造成了小廠觀望,大廠產品推廣困難尷尬局麵。倒裝芯片技術未來發展方向一是與鏡麵鋁COM聯姻,二是與熒光薄膜嫁接。

       *,熒光粉遠離芯片技術

       熒光粉與灌封膠將芯片緊緊包裹,嚴重影響散熱。讓熒光粉遠離芯片,可以降低光源封裝熱阻。國際上熒光粉與芯片分離技術專利多達兩三百項,但至今市場尚未見到這類產品成功問世,原因是該技術的難點在於熒光粉遠離芯片後如何改變層間介質折光匹配,以及芯片與金線裸露如何得到防護也是該技術難點。目前有些廠用熒光薄膜在小量功率光源實驗,但製造工藝及材料耐侯性尚未成熟,熒光粉遠離芯片技術不僅可以降低光源封裝熱阻,更重要的是可革除封裝廠中的混膠、抽真空、烘烤等繁雜工藝。一旦突破無疑將是一場改變封裝格局的技術革命。

       *, 液冷散熱技術

       將芯片浸入冷卻液的散熱方法,是讓LED浸泡在透光導熱的液體之中。由於液體的熱流交換將熱能快速傳遞和耗散。隻要芯片與導熱液存在溫差,其熱流交換永不停止。它可有大大降低封裝熱阻,是非常好的設計思路。國內外不少專家提出這種方法,專利不計其數。但實際設計中,在一狹小封裝空間注入液體冷卻,並經受高低溫反複變化而不會漏液,其結構設計難度很大。

       *.采用集成(COB) 封裝,相對多顆小功率陣列來說,因為光強與散熱並聯,可增加光強/熱阻比。

       *.革去襯底膠、革去灌封膠,革去圍壩膠高溫易損材料,提高光源耐溫特性。

       *.減少光路全反射,優化出光角度,提高LED光源岀光效率,減少係統發熱。

       *.革去鋁基板,可提高穩態光效與瞬態光效比。

       *.減少透鏡配光損耗。

       *.減少防護構件的擋光損耗。