基于提高LED光源耐温性能的实验探讨(三)

By | 2020年7月24日

  媒介

  半导体照明是本世纪一场技巧反动,从技巧成熟角度看它仍是个婴儿,尽管LED年夜功率白光技巧倒退很快,但是LED光衰、散热、老本这三个与生俱来的痼疾依然是LED照明普及倒退的拦路虎。LED光衰、散热贯通了从芯片制作、封装制程、资料抉择、灯具开发整个工业链,今朝业界对光衰的概念、孕育发生的缘由和若何处理还意识有余,实践尚无权势巨子诠释,国度相干规范难以出台,致使呈现随声附和、你抄我搬稀罕乖僻的技巧乱象,长时间以来人们拼命环抱用散热办法来缩小LED光衰,但是奏效甚微。处理LED光衰成为业界独特关怀、翘首以待的技巧难题,人们不由要问:设计师为什么没有另辟蹊径从泉源深化寻觅LED光衰缘由?笔者对进步LED光源的耐温特点可缩小LED光衰从实践以及理论进行了深化讨论,将陆续推出相干文章以及试验陈诉。

  要害词

  LED光效、LED热阻、LED光衰、WFCOB光源、LED模组照明灯

  目次

  第一章

  1、 LED光效:区别瞬态光效以及稳态光效的意思

  2、 LED热阻:区别光源內部热阻以及光源内部热阻的意思

  3、 LED光衰:光衰是光源部件超越耐温极限不成逆的伤害景象。

  第二章

  1、进步LED光源的耐温特点可缩小LED光衰

  2、为什么要进步LED光源的耐温度特点

  3、若何让LED光源耐受低温

  第三章

  1、倒装芯片无封装技巧

  2、集成COB封装技巧

  3、驱动电源技巧

  第四章

  引见一种WFCOB光源

  第五章

  引见一种LED模组照明灯

  第三章

  1、倒装芯片无封装技巧

  迩来,倒装芯片、无封装技巧正在业界惹起宽泛热议,由于传统正装工艺遇到散热、光衰等技瓶颈 。
倒装芯片、无封装技巧早正在10年前外洋各至公司投巨资钻研,旨正在免用衬底胶、晶粒直焊技巧,不只能够无效升高封装热阻,还彻底罢黜了正装芯片正在外表打线诸多弊病,让光源耐受低温、延伸LED应用寿命。业界普遍以为这相对是封装畛域的前沿技巧。然而人们要问:通过这多年钻研试验,为什么倒装技巧迟迟不克不及庖代正装芯片技巧而成为支流?其基本缘由是:倒装工艺不只依赖陶瓷基板,还要依赖铝
(铜)基板,陶瓷基板加工成型以及装置却都没有如金属基板简略不便,因为(两次)过锡焊要禁受280度低温,难免对资料以及部件造成伤害。陶瓷基板以及金属基板相比反光率没有高,瞬态光效难以进步,陶瓷基板的导热率以及芯片接触面积无限也限度了其稳态光效难以进步。倒装工艺两次过锡焊以及陶瓷基板
+铝基板两重热阻足以将上述劣势对消怠尽。另外,倒装工艺的热压焊、回流焊等设施要求极高,良率没有稳。从终端用户的角度剖析,一款好的LED器应具备更佳照明质量,更高照明功能、更低零碎老本和更快的投资报答。考验倒装技巧将来出路仍是(LM\元)值。质量第一,价钱为王,以是造成为了用户张望,产物推行艰难的难堪场面。

  2、集成COB封装技巧

  从某种意思讲,LED封装外围技巧应该是封装支架研发以及制作技巧,它决议LED光源的用处、性能及性价比。有气力的公司都正在致力寻求行使封装支架处理LED的散热、光效、寿命、老本这一课题。

  COB封装与单芯片封装相比正在光强、散热、配光、老本等方面透出许多优点,被愈来愈多的人以为是将来LED倒退标的目的。今朝传统的COB光源是支架是用铝(或铜)基板将FR4纤维板通过压合工艺成为一体。国产
FR-4 半固化片,导热系数仅为0.3/m-K,出口最佳的只有2.0 /m-K阁下,而纯铝导热系数为237 /m-K,
二者相差一百多倍,如斯年夜的热耗比,必定增年夜零碎热阻,造成重大的LED光衰,升高应用寿命,于是人们搜索枯肠设法革除了铝基板这层绝缘纤维,然至今尚无找到无效办法,如一些至公司设计了所谓“LMCOB支架”(正在铝基板挖凹去掉铜皮以及绝缘层)
,但是限于设施、凝胶、工艺及老本等缘由,还没有推行普及。另有,今朝市场广为盛行所谓“集成光源”支架,采纳注塑料工艺将电极板镶嵌正在PPA(或今朝在推许的EMC)塑料之中,因为PPA正在低温以及紫内线照耀下会变黄粉化,造成透气进水,产物生效率很高,这类构造因电极板高于芯片1.5妹妹,其荧光粉以及凝胶用量很年夜,
不只会添加封装老本,胶体过厚也会影响透光,还会软化龟裂拉断金线。今朝一切COB支架毫无破例都要设围坝构造,以拦阻荧光夹杂胶没有使其外溢,
因为围坝胶以及表层白油吸光,不克不及完成光源镜面光反射,以上多种缘由城市影响出光强度以及传热碰壁,这是造成传统COB光源的瞬态光效以及稳态光效难以进步的次要缘由。

  3、驱动电源技巧

  1.集成光源基板以及铝基板齐全没须要做到3750V耐压

  正在LED零碎设计中,最多见的成绩是若何抉择驱动电源,而实际上LED生效或损坏,驱动电源盘踞相称高的比例,驱动电源的牢靠性及寿命成为了LED照明技巧短板。

  LED照明属通用电子产物必需要经过国度相应的平安规范,即LED灯具外壳与人体接触没有会形成触电风险。普通而言LED驱动有非隔离设计以及隔离型;非隔离电源应用较少的元器件并领有较高的效率,但限于外壳绝缘产物中应用,例如LED灯胆,此中LED以及驱动器都集成并密封正在绝缘塑猜中,以便让终极用户不触电的风险。隔离LED驱动电源带有隔离变压器,象征着高电压与次级的LED互相隔离,能够用手间接接触而没有会触电。与非隔离电源相比隔离电源体积较年夜、效率较低、老本较高。

  很多人(包罗专家传授)以为LED光源(引脚)对地耐压应年夜于安规电压(3750V) 亦即铝基板以及陶瓷基板对散热器耐压必需达到安规要求,其实这是意识误区,
缺乏电学问,试验测试标明LED芯片衬底经过银胶固封后其电极对地(基板)击穿电压只有300V阁下,LED芯片衬底耐压远远达没有到安规要求,这类状况必需应用隔离电源。既然应用隔离电源铝基板齐全没须要做到3750V耐压,更不须要留出所谓
“爬电间隔”
。作为终极用户无论采纳非隔离电源或隔离电源都齐全不须要要求铝基板达到3750V绝缘耐压,由于非隔离电源的输出端与负载是等电位,更没须要要求铝基板经过安规电压压,铝基板耐压越高其层间绝缘越厚,老本越高、热阻越年夜。理论证实,今朝COB铝基板年夜多采纳热电别离封装构造,(芯片间接邦定到基板上)
曾经失去宽泛使用,市场四处都有,足以证实这一实践剖析适用可行。

  二、LED驱动电源可否用液冷技巧处理这块短板

  LED寿命可达数万小时,但是今朝与之相配套的驱动电源尚不克不及餍足这个要求。正在LED照明产物中,生效是一个常见景象,年夜少数是由于电源的生效,因为许多LED照明使用电源关闭正在一个很小的空间里,透风散热成为次要技巧瓶颈,假如不细心的热设计,LED以及电源驱动电路很容易由于低温而退步或永世生效。招致LED驱动电路寿命达没有到要求的要害元件是电解电容器,今朝国际年夜少数电解电容器制作的电解电容器规则寿命普通为105℃/2000小时,这就是说正在105℃的温度前提下的应用寿命只有84天,即便升高到85℃,应用寿命也仅仅为332天,还没有到一年!远不克不及餍足LED驱动要求,为什么电解电容器有耐温局限?其缘由是电解电容的电解液需求“水合”工艺制作,铝电解电容器为了完成极低的ESR,最简略的方法就是进步电解液的含水率,水的沸点约100度,含水率高招致电解液正在低温下蒸发”枯槁”而生效。电容器制作商搜索枯肠克制高含水率电解液的“水合”反响,电源消费商也曾用灌胶密闭工艺来处理电容器生效,然仍没有彻底。

  笔者将驱动电源浸泡正在密闭散热器腔内冷却液中试验,
因为密闭腔内电解电容体表里压力差很小,不只减小了电解电容的爆炸,也防止了蒸发”枯槁”。因为免去贯注粘胶,还防止粘胶应力对元器件的拉伤、不容易保护等弊病。密闭构造可进步防水等级(最高可达IP68)无效地延伸了电源应用寿命。

  结语

  半导体照明是一场技巧反动,新技巧问世它始终需求一个过渡,必定经验长时间变革,从工业链看次要是LED芯片技巧、封装技巧、电源技巧等都存正在诸多技巧难题,有些难题处理尚需时日,如资料、设施及配套技巧。有些难题简略而无人问津,如铝基板耐压成绩还被在行忽悠。仅管如斯LED疾速倒退庖代传统照明已成必定,人们对LED将来有更高的期盼:将芯片封装到好像集成电路、无打线、无散热器、无驱动电源、短命命、低老本指标定会完成。