电子技术论坛_中国专业的电子工程师学习交流社区-中电网技术论坛

标题: 关于改善LED散热性能的相关途径分析 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2013-2-23 21:13 标题: 关于改善LED散热性能的相关途径分析

摘要: 大功率LED 的发卡路里比小功率LED高数十倍以上，并且温升还会使闪光速率大幅下跌。具体内部实质意义作别是：减低芯片到封装的热阻抗、制约封装至印刷电路基板的热阻抗、增长芯片的散热顺利通畅性。
休止运用天然树脂封装可以彻底消泯劣化因素，由于LED萌生的光线在封装天然树脂内反射，假如运用可以变更芯片侧面光线挺进方向的天然树脂材质反射板，则反射板会借鉴光线，使光线的抽取量急速锐减。因为这个，不可少想办法减低LED芯片的温度，换言之，减低LED芯片到烧焊点的热阻抗，可以管用减缓LED芯片降低温度效用的负担。
相关LED的运用生存的年限，例如改用硅质封装材料与瓷陶封装材料，能使LED的运用生存的年限增长一位数，特别是白光LED的闪光频谱包括波长低于450nm短波长光线，传统环氧气天然树脂封装材料极易被短波长光线毁伤，高功率白光LED的大光量更加速封装材料的劣化，依据业者测试最后结果显露蝉联点灯不到10,000小时，高功率白光LED的亮度已经减低二分之一以上，根本没有办法满意照明光源长生存的年限的基本要求。到现在为止有两种延长组件运用生存的年限的对策，作别是，制约白光LED群体的温升，和休止运用天然树脂封装形式。
不过，其实大功率LED 的发卡路里比小功率LED高数十倍以上，并且温升还会使闪光速率大幅下跌。具体内部实质意义作别是：减低芯片到封装的热阻抗、制约封装至印刷电路基板的热阻抗、增长芯片的散热顺利通畅性。
想办法减损热阻抗、改善散热问题
相关LED的闪光速率，改善芯片结构与封装结构，都可以达到与低功率白光LED相同水准。有鉴于此美国Lumileds与东洋CITIZEN等照明设施、LED封装厂商，一个跟着一个研发高功率LED用简易散热技术，CITIZEN在2004年着手着手制作白光LED样品封装，不必特别结合技术也能够将厚约2~3mm散热装置的卡路里直接排放到外部，依据该CITIZEN报导固然LED芯片的结合点到散热装置的30K/W热阻抗比OSRAM的9K/W大，并且在普通背景下室温会使热阻抗增加1W左右，纵然是传统印刷电路板无冷却风扇强迫空冷状况下，该白光LED板块也可以蝉联点灯运用。
相关闪光特别的性质平均性，普通觉得只要改善白光LED的荧光体材料液体浓度平均性与荧光体的制造技术，应当可以克服上面所说的围困并搅扰。
因为增加电力反倒会导致封装的热阻抗急速降至10K/W以下，因为这个海外业者以前研发耐高温白光LED，打算借此改善上面所说的问题。
固然硅质封装材料可以保证LED的40,000小时的运用生存的年限，不过照明设施业者却显露出来不一样的看法，主要争辩是传统电灯泡与日光灯的运用生存的年限，被定义成“亮度降至30百分之百以下”。亮度减半时间为四万钟头的LED，若换算成亮度降至30百分之百以下的话，大约只剩二万钟头左右。
普通觉得假如彻底执行以上两项延寿对策，可以达到亮度30百分之百时四万钟头的要求。因为这个，松下电工研发印刷电路板与封装一体化技术，该企业将1mm正方形的蓝光LED以flip chip形式封装在瓷陶基板上，继续再将瓷陶基板粘附在铜质印刷电路板外表，依据松下报道里面含有印刷电路板顺德led显示屏在内板块群体的热阻抗约是15K/W左右。所以Lumileds与CITIZEN是采取增长结合点容许温度，德国OSRAM企业则是将LED芯片设置在散热装置外表，达到9K/W超低热阻抗记录，该记录比OSRAM以往研发同级产品的热阻抗减损40百分之百。值当一提的是该LED板块封装时，认为合适而使用与传统办法相同的flip chip形式，然而LED板块与散热装置结合乎时常，则挑选最靠近LED芯片闪光层作为结合面，借此使闪光层的卡路里能够以最短距离传导排放。
以往LED 业者为了取得充分的白光LED 光柱，以前研发大尺寸LED芯片打算藉此形式达到预先期待目的。如上增长给予电力的同时，不可少想办法减损热阻抗、改善散热问题。然而，其实白光LED的给予电努力坚持续超过1W以上时光柱反倒会减退，闪光速率相对减低20~30百分之百。换言之，白光LED的亮度假如要比传统LED大数倍，耗费电力特别的性质逾越日光灯的话，就不可少克服下面所开列四大课题：制约温升、保证运用生存的年限、改善闪光速率，以及闪光特别的性质平均化。反过来说纵然白光LED具有制约热阻抗的结构，假如卡路里没有办法从封装传导到印刷电路板的话，LED温度升涨的最后结果毅然会使闪光速率急速下跌。
解决封装的散热问题才是根本办法
温升问题的解决办法是减低封装的热阻抗;保持LED的运用生存的年限的办法是改善芯片外形、认为合适而使用小规模芯片;改善LED的闪光速率的办法是改善芯片结构、认为合适而使用小规模芯片;至于闪光特别的性质平均化的办法是改善LED的封装办法，这些个办法已经陆续被研发中。因为环氧气天然树脂借鉴波长为400~450nm的光线的百分率高达45%，硅质封装材料则低于1百分之百，辉度减半的时间环氧气天然树脂不到一万钟头，硅质封装材料可以延长到四万钟头左右，几乎与照明设施的预设生存的年限相同，这意味着照明设施运用时期不需改易白光LED。然而硅质天然树脂归属高弹性软和材料，加工时不可少运用不会刮伤硅质天然树脂外表的制造技术，这个之外加工时硅质天然树脂极易依附粉屑，因为这个未来不可少研发可以改善外表特别的性质的技术。
相关LED的长命化，到现在为止LED厂商采取的对策是改变封装材料，同时将荧光材料散布在封装材料内，特别是硅质封装材料比传统蓝光、近紫外线LED芯片上方环氧气天然树脂封装材料，可以更管用制约材质劣化与光线洞穿率减低的速度。
改变封装材料制约材质劣化与光线洞穿率减低的速度
2003年东芝Lighting以前在400mm正方形的铝合金外表，铺修闪光速率为60lm/W低热阻抗白光LED，无冷却风扇等特别散热组件前提下，试着制做光柱为300lm的LED板块。主要端由是电流疏密程度增长2倍以上时，不惟不由得易从大型芯片抽取光线，最后结果反倒会导致闪光速率还不如低功率白光LED的窘境。依据德国OSRAM Semi conductors Gmb实验最后结果证明，上面所说的结构的LED芯片到烧焊点的热阻抗可以减低9K/W，约是传统LED的1/6左右，封装后的LED给予2W的电力时，LED芯片的结合温度比烧焊点高18K，纵然印刷电路板温度升涨到50℃，结合温度顶多只有70℃左右;相形之下过去热阻抗一朝减低的话，LED芯片的结合温度便会遭受印刷电路板温度的影响。制约白光LED温升可以认为合适而使用冷却LED封装印刷电路板的办法，主要端由是封装天然树脂高温状况下，加上强光映射会迅速劣化，沿袭阿雷纽斯法则温度减低10℃生存的年限会延长2倍。

欢迎光临电子技术论坛_中国专业的电子工程师学习交流社区-中电网技术论坛 (http://bbs.eccn.com/)