Долговечность светодиодов белого света, высокая мощность и технология низкого энергопотребления
В прошлом, чтобы получить полную прибыль от луча, промышленность разработала большой размер и пыталась достичь желаемой цели с помощью этого метода, но на самом деле, когда приложенная мощность белого светодиода продолжает превышать 1 Вт, луч уменьшится, и светоотдача будет относительно уменьшена на 20~30 процентов. Другими словами, если яркость белых светодиодов в несколько раз больше, чем у традиционных светодиодов, а характеристики энергопотребления должны превзойти характеристики люминесцентных ламп, в первую очередь необходимо решить следующие четыре основные проблемы: а. подавление повышения температуры; б. обеспечение срока службы; в. улучшение светоотдачи d. Выравнивание световых свойств.
Конкретный метод решения проблемы повышения температуры заключается в снижении теплового сопротивления корпуса; конкретный метод поддержания срока службы светодиода заключается в улучшении формы чипа и использовании небольшого чипа; конкретный метод улучшения световой эффективности светодиода заключается в улучшении структуры чипа и использовании небольшого чипа; Что касается однородных световых характеристик. Конкретный метод заключается в улучшении метода упаковки светодиодов. Обычно считается, что белые светодиоды примут вышеупомянутые меры в 2005-2006 годах.
Разработка Jingwei для увеличения мощности приведет к резкому падению теплового сопротивления корпуса ниже 10 кОм/Вт. Поэтому иностранные компании разработали белые светодиоды, устойчивые к высоким температурам, чтобы попытаться решить вышеуказанные проблемы. Однако фактическая теплотворная способность в десятки раз выше, чем у маломощных светодиодов. Вышеизложенное и повышение температуры также значительно снизят светоотдачу. Даже если технология упаковки допускает сильное нагревание, температура приклеивания светодиодного чипа может превышать допустимое значение. Наконец, индустрия наконец осознала, что решение проблемы отвода тепла от упаковки является фундаментальным решением.
Что касается срока службы светодиодов, например, использование силиконовых уплотняющих материалов и керамических упаковочных материалов может увеличить срок службы светодиодов на 10 процентов, особенно световой спектр белых светодиодов содержит коротковолновый свет с длиной волны ниже 450 нм, традиционные эпоксидные смоляные уплотнительные материалы Коротковолновый свет очень легко повредить. Большое количество света мощных белых светодиодов ускоряет износ уплотнительных материалов. Согласно результатам промышленных испытаний, яркость мощных белых светодиодов снижается более чем вдвое менее чем за 10,000 часов непрерывного освещения, что не может удовлетворить источник света. Основные требования к долговечности.
Что касается светоотдачи светодиодов, улучшение структуры чипа и упаковки может достичь того же уровня, что и у маломощных белых светодиодов. Основная причина в том, что при увеличении плотности тока более чем в 2 раза не только сложно извлечь свет из крупных чипов, но и это приведет к светоотдаче. Это не так хорошо, как дилемма маломощных белых светодиодов. Если улучшить электродную структуру чипа, вышеупомянутая проблема вывода света теоретически может быть решена.
Что касается однородности световых характеристик, обычно считается, что до тех пор, пока однородность концентрации люминофорного материала белого светодиода улучшается, технология изготовления люминофора должна быть в состоянии преодолеть вышеуказанные проблемы.
Как упоминалось выше, при увеличении подаваемой мощности необходимо попытаться уменьшить тепловое сопротивление и решить проблему отвода тепла. Конкретное содержание:
①Уменьшить тепловое сопротивление от чипа к корпусу.
②Подавить тепловой импеданс от корпуса к печатной плате
③Улучшение плавности отвода тепла от чипа
С целью снижения теплового сопротивления многие зарубежные производители светодиодов размещают светодиодные чипы на поверхности радиаторов из меди и керамических материалов, а затем используют методы пайки для соединения проводов отвода тепла на печатной плате с применением охлаждающих вентиляторов. На ребрах с принудительным воздушным охлаждением, согласно экспериментальным результатам OSRAM Opto Semiconductors Gmb в Германии, тепловое сопротивление от светодиодного чипа до паяного соединения вышеуказанной конструкции может быть снижено на 9K/Вт, что составляет примерно 1/. 6 традиционных светодиодов, а упакованный светодиод потребляет 2 Вт. При высокой мощности температура соединения светодиодного чипа на 18 К выше, чем у паяного соединения. Даже если температура печатной платы поднимается до 500°С, температура соединения составляет не более 700°С. Напротив, при снижении теплового сопротивления температура соединения светодиодного чипа будет выше. Под влиянием температуры печатной платы необходимо попытаться снизить температуру светодиодного чипа, другими словами, уменьшить тепловое сопротивление от светодиодного чипа до паяного соединения, что может эффективно снизить нагрузку на охлаждение. Светодиодный чип. И наоборот, даже если белый светодиод имеет структуру, подавляющую тепловое сопротивление, если тепло не может быть отведено от корпуса к печатной плате, светоотдача светодиода резко упадет в результате повышения температуры ВЕЛ. Компания инкапсулирует квадратный синий светодиод размером 1 мм в керамическую подложку в виде флип-чипа, а затем наклеивает керамическую подложку на поверхность медной печатной платы. По данным Panasonic, тепловое сопротивление всего модуля, включая печатную плату, составляет около 15 кОм/Вт. о.
Поскольку адгезия между ребрами рассеивания тепла и печатной платой напрямую влияет на эффект теплопроводности, конструкция печатной платы становится очень сложной. Ввиду этого производители осветительного оборудования и светодиодной упаковки, такие как Lumi в США и CITIZEN в Японии, последовательно разрабатывают мощные светодиоды. Используя простую технологию отвода тепла, белый светодиодный блок, который CITIZEN начал пробовать в 2004 году, может напрямую отводить тепло от рассеивающих ребер толщиной около 2-3 мм наружу без специальной технологии склеивания. По данным компании, несмотря на то, что соединение светодиодных чипов с тепловым сопротивлением 30 кОм/Вт от точки до охлаждающего ребра больше, чем 9 кОм/Вт у OSRAM, а комнатная температура увеличит тепловое сопротивление примерно на 1 Вт в нормальных условиях. среды, но даже если традиционная печатная плата не имеет охлаждающего вентилятора для принудительного воздушного охлаждения, белый свет также можно использовать для постоянного освещения.
Мощный светодиодный чип, который Lumileds начал пробовать в 2005 году, имеет более высокую температуру соединения плюс 1850С, что на 600С выше, чем у продуктов других компаний того же уровня. При использовании традиционной печатной платы RF4 температура окружающей среды может вводиться в диапазоне 400°C, что эквивалентно силе тока 1,5 Вт (около 400 мА).
Как упоминалось выше, Lumileds и CITIZEN приняли меры по увеличению допустимой температуры перехода, в то время как немецкая компания OSRAM установила светодиодный чип на поверхность теплоотводящего ребра для достижения сверхнизкого теплового импеданса 9K/Вт. выше, чем тепловое сопротивление предыдущей разработки аналогичных продуктов OSRAM. 40-процентное снижение. Стоит отметить, что светодиодный модуль упаковывается с использованием того же метода флип-чипа, что и традиционный метод, но когда светодиодный модуль прикрепляется к тепловому ребру, в качестве поверхности соединения выбирается светоизлучающий слой, ближайший к светодиодному чипу. чтобы свет излучал. Тепло слоя может рассеиваться за счет проводимости по кратчайшему расстоянию.
В 2003 году компания Toshiba Lighting Co., Ltd. однажды положила белый светодиод со световой отдачей 60 лм/Вт и низким тепловым импедансом на поверхность из алюминиевого сплава площадью 400 мм без специальных компонентов рассеивания тепла, таких как охлаждающие вентиляторы, и попыталась сделать Светодиодный модуль с лучом 300лм. Поскольку Toshiba Lighting Co., Ltd. имеет богатый опыт пробного производства, компания заявила, что благодаря развитию технологии анализа моделирования можно легко использовать белые светодиоды, превышающие 60 лм / Вт после 2006 года, теплопроводность рамы может быть совершенствоваться, либо светотехническое оборудование может быть выполнено с принудительным воздушным охлаждением с помощью охлаждающих вентиляторов. В модульной структуре, не требующей специальной технологии охлаждения, также могут использоваться белые светодиоды.
Что касается долговечности светодиодов, текущие контрмеры, принимаемые производителями светодиодов, заключаются в замене уплотнительного материала и в то же время диспергировании флуоресцентного материала в уплотнительном материале, особенно силиконовый уплотнительный материал лучше, чем уплотнительный материал из эпоксидной смолы по сравнению с традиционным синие и ближние ультрафиолетовые светодиоды. Более эффективно подавлять скорость износа материала и снижение светопропускания.
Поскольку процент поглощения эпоксидной смолой света с длиной волны 400~450 нм достигает 45 процентов, силиконовый герметизирующий материал составляет менее 1 процента, а время уменьшения вдвое яркости эпоксидной смолы составляет менее 10,{{ 5}} часов, а срок службы силиконового герметика может быть увеличен примерно до 40,000 часов, что почти соответствует расчетному сроку службы осветительного оборудования, а это означает, что белые светодиоды не нуждаются в замене. при использовании осветительного оборудования. Однако силиконовая смола является высокоэластичным и мягким материалом, и при обработке необходимо использовать технологию изготовления, которая не царапает поверхность силиконовой смолы. Кроме того, силиконовая смола легко прилипает к пыли во время процесса. Поэтому необходимо разрабатывать технологии, позволяющие улучшить характеристики поверхности в будущем.
Хотя силиконовый герметик может обеспечить срок службы светодиодов в 40000 часов, производители осветительного оборудования придерживаются иного мнения. Основная дискуссия заключается в том, что срок службы традиционных ламп накаливания и люминесцентных ламп определяется как «яркость, сниженная до 30 процентов или менее». Если время удвоения светодиодов составляет 40000 часов, если яркость снижается менее чем на 30 процентов, остается всего около 20000 часов. В настоящее время существуют две контрмеры для продления срока службы компонентов, а именно:
1. Подавление общего повышения температуры белых светодиодов;
2. Прекратите использовать инкапсуляцию смолы.
Принято считать, что при тщательном соблюдении двух указанных выше мер по продлению срока службы может быть достигнуто требование 30-процентной яркости в течение 40000 часов. Для подавления повышения температуры белых светодиодов можно использовать метод охлаждения печатной платы упаковки светодиодов. Основная причина заключается в том, что упаковочная смола быстро портится в условиях высокой температуры и сильного светового облучения. По закону Аррениуса срок службы увеличится в 2 раза, если снизить температуру на 100С.
Прекращение использования герметизирующей смолы может полностью устранить фактор ухудшения качества, поскольку свет, генерируемый светодиодом, отражается в герметизирующей смоле. Если вы используете полимерный отражатель, который может изменить направление света на стороне чипа, отражатель будет поглощать свет, поэтому количество выводимого света будет резким. Это основная причина, по которой производители светодиодов постоянно используют керамические и металлические упаковочные материалы.
Есть два способа улучшить светоотдачу белых светодиодных чипов. Один из них заключается в использовании большого светодиодного чипа, площадь которого в 10 раз больше, чем у маленького чипа (около 1 мм2); Одиночный модуль. Хотя большой светодиодный чип может получить большой луч, увеличение площади чипа будет иметь недостатки, такие как неровная электрическая граница светоизлучающего слоя в чипе, ограниченное количество светоизлучающих частей и серьезное ослабление света, генерируемого внутри чипа. когда он излучается наружу. В ответ на вышеуказанные проблемы производители светодиодов добились светоотдачи 50 лм/Вт за счет улучшения структуры электродов, внедрения метода упаковки флип-чипов и интеграции навыков обработки поверхности чипов.
Что касается электрического равенства всей микросхемы, то с момента появления два-три года назад гребенчатых и сетчатых (ячеистых) электродов p-типа число производителей, использующих этот метод, продолжало увеличиваться, а электроды также развивается в направлении оптимизации.
Что касается метода упаковки флип-чипа, поскольку светоизлучающий слой находится близко к концу упаковки, легко излучается тепло, а свет из светоизлучающего слоя излучается наружу без проблем с экранированием электродами. Поэтому Lumileds в США и Toyoda Gosei в Японии официально приняли метод упаковки флип-чипов. В 2005 году их примеру последовали Matsushita Electric, Matsushita Electric Works и Toshiba, начавшие массовое производство крупногабаритных светодиодов. Компания Nichia, которая в прошлом использовала упаковку с проволочным соединением, и светодиоды мощностью 50 лм/Вт, выпущенные в 2004 году, также использовали упаковку с флип-чипом.
Что касается обработки поверхности чипа, она может предотвратить отражение света от внутренней части чипа к внешней стороне чипа на интерфейсе. По словам японского производителя светодиодов, если при упаковке флип-чипов вогнуто-выпуклая структура установлена на сапфировой подложке в части светоотвода, то экструзии снаружи чипа не произойдет. Луч может быть увеличен на 30 процентов.
