改善散熱結(jié)構(gòu)提升白光led使用壽命

1、改善散熱結(jié)構(gòu)提昇白光LED使用壽命(2007062222:17:08)轉(zhuǎn)載分類：LED等工業(yè)散熱技術(shù)過(guò)去LED業(yè)者為了獲利充分的白光LED光束，曾經(jīng)開(kāi)發(fā)大尺寸LED晶片試圖藉此方式達(dá)成預(yù)期目標(biāo)，不過(guò)實(shí)際上白光LED的施加電力持續(xù)超過(guò)1W以上時(shí)光束反而會(huì)下降，發(fā)光效率則相對(duì)降低2030％，換句話說(shuō)白光LED的亮度如果要比傳統(tǒng)LED大數(shù)倍，消費(fèi)電力特性希望超越螢光燈的話，就必需先克服下列的四大課題，包括，抑制溫升、確保使用壽命、改善發(fā)光效率

2、，以及發(fā)光特性均等化。有關(guān)溫升問(wèn)題具體方法是降低封裝的熱阻抗；維持LED的使用壽命具體方法，是改善晶片外形、採(cǎi)用小型晶片；改善LED的發(fā)光效率具體方法是改善晶片結(jié)構(gòu)、採(cǎi)用小型晶片；至於發(fā)光特性均勻化具體方法是LED的改善封裝方法，而這些方法已經(jīng)陸續(xù)被開(kāi)發(fā)中。■解決封裝的散熱問(wèn)題才是根本方法解決封裝的散熱問(wèn)題才是根本方法由於增加電力反而會(huì)造成封裝的熱阻抗急遽降至10KW以下，因此國(guó)外業(yè)者曾經(jīng)開(kāi)發(fā)耐高溫白光LED試圖藉此改善上述問(wèn)題，然而實(shí)

3、際上大功率LED的發(fā)熱量卻比小功率LED高數(shù)十倍以上，而且溫升還會(huì)使發(fā)光效率大幅下跌，即使封裝技術(shù)允許高熱量，不過(guò)LED晶片的接合溫度卻有可能超過(guò)容許值，最後業(yè)者終於領(lǐng)悟到解決封裝的散熱問(wèn)題才是根本方法。有關(guān)LED的使用壽命，例如改用矽質(zhì)封裝材料與陶瓷封裝材料，能使LED的使用壽命提高一位數(shù)，尤其是白光LED的發(fā)光頻譜含有波長(zhǎng)低於450nm短波長(zhǎng)光線，傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料極易被短波長(zhǎng)光線破壞，高功率白光LED的大光量更加速封裝材料的劣化

4、，根據(jù)業(yè)者測(cè)試結(jié)果顯示連續(xù)點(diǎn)燈不到一萬(wàn)小時(shí)，高功率白光LED的亮度已經(jīng)降低一半以上，根本無(wú)法滿足照明光源長(zhǎng)壽命的基本要求。有關(guān)LED的發(fā)光效率，改善晶片結(jié)構(gòu)與封裝結(jié)構(gòu)，都可以達(dá)到與低功率白光LED相同水準(zhǔn)，主要原因是電流密度提高2倍以上時(shí)，不但不容易從大型晶片取出光線，結(jié)果反而會(huì)示雖然LED晶片的接合點(diǎn)到散熱鰭片的30KW熱阻抗比OSRAM的9KW大，而且在一般環(huán)境下室溫會(huì)使熱阻抗增加1W左右，不過(guò)即使是傳統(tǒng)印刷電路板無(wú)冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制空冷

5、狀態(tài)下，該白光LED模組也可以連續(xù)點(diǎn)燈使用。Lumileds於2005年開(kāi)始樣品出貨的高功率LED晶片，接合容許溫度更高達(dá)1850C，比其它公司同級(jí)產(chǎn)品高600C，利用傳統(tǒng)RF4印刷電路板封裝時(shí)，周圍環(huán)境溫度400C範(fàn)圍內(nèi)可以輸入相當(dāng)於1.5W電力的電流（大約是400mA）。所以Lumileds與CITIZEN使採(cǎi)取提高接合點(diǎn)容許溫度，德國(guó)OSRAM公司則是將LED晶片設(shè)在散熱鰭片表面，達(dá)成9KW超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM過(guò)去開(kāi)

6、發(fā)同級(jí)品的熱阻抗減少40％，值得一提是該LED模組封裝時(shí)，採(cǎi)用與傳統(tǒng)方法相同的flipchip方式，不過(guò)LED模組與熱鰭片接合時(shí)，則選擇最接近LED晶片發(fā)光層作為接合面，藉此使發(fā)光層的熱量能夠以最短距離傳導(dǎo)排放。2003年?yáng)|芝Lighting曾經(jīng)在400mm正方的鋁合金表面，鋪設(shè)發(fā)光效率為60lmW低熱阻抗白光LED，無(wú)冷卻風(fēng)扇等特殊散熱元件前提下，試作光束為300lm的LED模組，由於東芝Lighting擁有豐富的試作經(jīng)驗(yàn)，因此該公司

7、表示由於模擬分析技術(shù)的進(jìn)步，2006年之後超過(guò)60lmW的白光LED，都可以輕鬆利用燈具、框體提高熱傳導(dǎo)性，或是利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制空冷方式設(shè)計(jì)照明設(shè)備的散熱，不需要特殊散熱技術(shù)的模組結(jié)構(gòu)也能夠使用白光LED?！鲎兏庋b材抑制材質(zhì)劣化與光線穿透率降低的速度變更封裝材抑制材質(zhì)劣化與光線穿透率降低的速度有關(guān)LED的長(zhǎng)壽化，目前LED廠商採(cǎi)取的對(duì)策是變更封裝材料，同時(shí)將螢光材料分散在封裝材料內(nèi)，尤其是矽質(zhì)封裝材料比傳統(tǒng)藍(lán)光、近紫外光LED晶片上方

8、環(huán)氧樹(shù)脂封裝材料，可以更有效抑制材質(zhì)劣化與光線穿透率降低的速度。由於環(huán)氧樹(shù)脂吸收波長(zhǎng)為400450nm的光線的百分比高達(dá)45％，矽質(zhì)封裝材料則低於1％，輝度減半的時(shí)間環(huán)氧樹(shù)脂不到一萬(wàn)小時(shí)，矽質(zhì)封裝材料可以延長(zhǎng)到四萬(wàn)小時(shí)左右，幾乎與照明設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命相同，這意味著照明設(shè)備使用期間不需更換白光LED。不過(guò)矽質(zhì)樹(shù)脂屬於高彈性柔軟材料，加工上必需使用不會(huì)刮傷矽質(zhì)樹(shù)脂表面的製作技術(shù)，此外製程上矽質(zhì)樹(shù)脂極易附著粉屑，因此未來(lái)必需開(kāi)發(fā)可以改善表面特性