基于提高LED光源耐温性能的实验探讨(二)

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光衰的缘由?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:光通量降落没有等于光衰,LED不成逆的伤害=光衰

   第二章

   4、LED光衰缘由

   5、进步LED光源的耐温特点可缩小LED光衰

   6、为什么要进步LED光源的耐温度特点

   7、若何让LED光源耐受低温

   第三章

   7、铝基板齐全没须要做到3750V耐压

   8、若何处理驱动电源这块短板

   第四章

   9、引见一种WFCOB光源

   第五章

   10、引见一种LED模组照明灯

    

   第二章

   4、 LED光衰缘由

   1,LED光衰是光源资料伤害而惹起的不成逆转的衰减生效景象

   LED光衰是指LED通过一段工夫的点亮后,其光强会比原来的光强要低,而低了的局部就是LED的光衰,今朝我国还没有制订LED光衰规范,行业外部规则 5000H小光阴通量维持率≥70%,以为生效。

   2,光通量降落没有等于光衰

   家喻户晓 LED工作之后其光强会跟着芯片结温降低而降落,光效随之升高,这是半导体随温度变动的固有的物理特点。只需LED光源某个部件没有超越温度极限而伤害, LED中止待温度还原后其光强値还会规复如初,也就是说LED不论工作多久,只需初始光强没有变就不克不及认定为光衰。笔者以为,LED光衰是指LED光源因某种资料伤害再也不规复的生效景象, 亦即LED光源正在所规则的工夫内无损光通量(初始光强)与有损光通量(衰减不成规复光强)之比值。

   3,LED光源光衰的次要缘由是胶体耐温不敷

   家喻户晓,芯片(包罗荧光粉)属有机资料,试验证实芯片以及荧光粉正在2、三baidu低温工作准则上不可成绩。从光源零碎讲,招致LED光衰的次要缘由是胶体耐温不敷,今朝最佳的封装胶耐温仅一百多度,测试证实一个50W的集成光源正在足够年夜的散热器工作时胶体温度往往高达200多度,无论是灌封胶仍是PPA正在永劫期低温运转必定会造成胶体龟裂、碳化,与芯片别离进而造成光衰。

基于提高LED光源耐温性能的实验探讨

   从灯具零碎讲招致LED光衰与零碎热阻无关,包罗散热通道、散热资料、散热形式、及与温度无关的部件等等。

   LED光源的光衰是由支架构造、芯片、荧光粉质量、胶体耐温功能、封装工艺厂等前提决议,这些前提都由封装厂选定,而首选是封装支架以及胶体的耐侯性。从某种意思讲,LED封装的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。

   5、进步LED光源的耐温特点可缩小LED光衰

   1. 为什么要进步LED光源的耐温度特点

   家喻户晓LED属于半导体高温发烧器件,高温热源正在天然散热前提下散热效率很低,LED由于热源经过对流以及辐射将热量传到空气中,假如LED散热器温度与环境温度相差很小,再加年夜散热器面积其散热质变化甚微。实践钻研标明,辐射散热量与温度的4次方成反比:Q= εσ S(T w 4 -T0 4 ),温差越年夜热量分发越多。亦即正在相反环境温度下散热器温度越高、所分发的热量越多。因而适当进步散热器的工作温度,管制正在LED光源永劫工作后稳态光效无年夜变动而没有发作光衰为准则。这类进步LED光源耐低温的设计思绪,不只仅是基于均衡散热与老本考量,更次要是让LED光源正在较低温度下平安工作而没有发作光衰。这样不只可缩小散热器用量以及老本,并且还可加年夜芯片的工作电流的承载才能,同时达到缩小LED光衰延伸应用寿命目的,是一举多患上的设计反动。

   2. 若何让LED光源耐受低温

   自从LED问世以来,业界付出了微小投资去钻研LED光衰。LED散热牵动着每一个处置LED人的神经,想尽了不少方法,此中:

   *倒装技巧: 倒装芯片技巧早正在10年前外洋至公司投巨资钻研,旨正在免用衬底胶晶粒直焊技巧,不只罢黜了正倒装芯片正在外表打线致命伤,还可经过直焊技巧无效升高封装热阻,让光源耐受低温,业界普遍以为是LED封装的前沿技巧。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:倒装晚期工艺不只依赖陶瓷基板,还要依赖铝 (铜)基板,因为(两次)过锡焊要禁受280度低温,会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决议了稳态光效难以进步。加工成型以及装置都没有如金属基板简略不便,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、回流焊等设施价钱贵,且不可熟,考验倒装技巧将来出路仍是LM\元值,亦即光效第一,价钱为王。以是造成为了小厂张望,年夜厂产物推行艰难难堪场面。倒装芯片技巧将来倒退标的目的一是与镜面铝COM联姻,二是与荧光薄膜嫁接。

   *,荧光粉阔别芯片技巧

   荧光粉与灌封胶将芯片牢牢包裹,重大影响散热。让荧光粉阔别芯片,能够升高光源封装热阻。国内上荧光粉与芯片别离技巧专利多达两三百项,但至今市场还没有见到这种产物胜利问世,缘由是该技巧的难点正在于荧光粉阔别芯片后若何扭转层间介质折光婚配,和芯片与金线袒露若何失去防护也是该技巧难点。今朝有些厂用荧光薄膜正在小量功率光源试验,但制作工艺及资料耐侯性还没有成熟,荧光粉阔别芯片技巧不只能够升高光源封装热阻,更首要的是可革除了封装厂中的混胶、抽真空、烘烤等冗杂工艺。一旦打破无疑将是一场扭转封装格式的技巧反动。

   *, 液冷散热技巧

   将芯片浸入冷却液的散热办法,是让LED浸泡正在透光导热的液体之中。因为液体的热流替换将热能疾速通报以及耗散。只需芯片与导热液存正在温差,其热流替换永不绝止。它可有年夜年夜升高封装热阻,长短常好的设计思绪。国际外很多专家提出这类办法,专利成千上万。但实际设计中,正在一狭小封装空间注入液体冷却,并禁受高下温重复变动而没有会漏液,其构造设计难度很年夜。

   *.采纳集成(COB) 封装,绝对多颗小功率阵列来讲,由于光强与散热并联,可添加光强/热阻比。

   *.革去衬底胶、革去灌封胶,革去围坝胶低温易损资料,进步光源耐温特点。

   *.缩小光路全反射,优化出光角度,进步LED光源岀光效率,減少零碎发烧。

   *.革去铝基板,可进步稳态光效与瞬态光效比。

   *.缩小透镜配光损耗。

   *.缩小防护构件的挡光损耗。

   结语

   LED属于半导体高温发烧器件,高温热源正在天然散热前提下散热效率很低,正在相反环境温度下温差越年夜热量分发越多。散热器温度越高、所分发的热量越多。因而适当进步热器的工作温度,管制正在LED光源永劫工作后没有发作光衰为准则。可无效缩小LED光衰。这类设计思绪,这样不只可缩小散热器用量以及老本,并且还可加年夜芯片的工作电流的承载才能,同时达到缩小LED光衰延伸应用寿命目的,是一举多患上的设计反动。