Hvidt lys LED lang levetid, høj effekt og lavt strømforbrug teknologi
I fortiden, for at få fuldt udbytte af strålen, har industrien udviklet en stor størrelse og forsøgt at opnå det ønskede mål ved denne metode, men faktisk, når den påførte effekt af den hvide LED fortsætter med at overstige 1W, strålen vil falde, og lyseffektiviteten vil være relativt reduceret med 20~30 procent. Med andre ord, hvis lysstyrken af hvide LED'er er flere gange større end traditionelle LED'er, og strømforbrugsegenskaberne skal overgå lysstofrørs lysstyrke, skal følgende fire hovedproblemer løses først: a. undertrykkelse af temperaturstigning; b. sikring af levetid; c. forbedring af lyseffektiviteten d. Udligning af lysegenskaber.
Den specifikke metode til temperaturstigningsproblemet er at reducere emballagens termiske impedans; den specifikke metode til at opretholde LED'ens levetid er at forbedre formen på chippen og bruge en lille chip; den specifikke metode til at forbedre lyseffektiviteten af LED er at forbedre chipstrukturen og bruge en lille chip; hvad angår de ensartede lysegenskaber. Den specifikke metode er at forbedre emballeringsmetoden for LED. Det antages generelt, at hvide LED'er forventes at vedtage de ovennævnte foranstaltninger i 2005~2006.
Udviklingen af Jingwei til at øge effekten vil få pakkens termiske impedans til at falde kraftigt til under 10K/W. Derfor har udenlandske virksomheder udviklet højtemperaturbestandige hvide lysdioder for at forsøge at forbedre ovenstående problemer. Den faktiske brændværdi er dog dusinvis af gange højere end for laveffekt-LED'er. Ovenstående og temperaturstigningen vil også i høj grad reducere lyseffektiviteten. Selvom emballageteknologien tillader høj varme, kan bindingstemperaturen for LED-chippen overstige den tilladte værdi. Endelig indså industrien endelig, at løsning af emballagens varmeafledningsproblem er den grundlæggende løsning.
Med hensyn til LED'ers levetid, for eksempel, kan brugen af siliciumforseglingsmaterialer og keramiske emballagematerialer øge LED'ernes levetid med 10 procent, især lysspektret af hvide LED'er indeholder kortbølget lys med bølgelængder under 450nm, traditionel epoxy harpikstætningsmaterialer Det er meget nemt at blive beskadiget af lys med kort bølgelængde. Den store mængde lys fra højeffekt hvide LED'er fremskynder forringelsen af tætningsmaterialer. Ifølge industriens testresultater er lysstyrken af højeffekt hvide LED'er blevet reduceret med mere end det halve for mindre end 10,000 timers kontinuerlig belysning, hvilket ikke kan tilfredsstille lyskilden. Grundlæggende krav til lang levetid.
Med hensyn til lyseffektiviteten af LED'er kan forbedring af chipstrukturen og emballagestrukturen nå samme niveau som hvide LED'er med lav effekt. Hovedårsagen er, at når strømtætheden øges med mere end 2 gange, er det ikke kun svært at udvinde lys fra store chips, men det vil føre til lyseffektivitet. Det er ikke så godt som dilemmaet med hvide lysdioder med lav effekt. Hvis chippens elektrodestruktur forbedres, kan det ovennævnte lysudvindingsproblem teoretisk løses.
Med hensyn til ensartetheden af lysegenskaber antages det generelt, at så længe ensartetheden af koncentrationen af fosformaterialet i den hvide LED er forbedret, bør fremstillingsteknologien for fosforen være i stand til at overvinde ovennævnte problemer.
Som nævnt ovenfor, mens man øger den påførte effekt, er det nødvendigt at forsøge at reducere den termiske impedans og forbedre varmeafledningsproblemet. Det specifikke indhold er:
①Reducer den termiske modstand fra chip til pakke
②Undertryk den termiske impedans fra pakken til det trykte kredsløb
③Forbedre glatheden af varmeafledning af chippen
For at reducere termisk impedans placerer mange udenlandske LED-producenter LED-chips på overfladen af køleplader lavet af kobber og keramiske materialer og bruger derefter loddemetoder til at forbinde varmeafledningsledningerne på printpladen til brugen af køleventilatorer. På køleribberne med tvungen luftkøling kan, ifølge de eksperimentelle resultater fra OSRAM Opto Semiconductors Gmb i Tyskland, den termiske impedans fra LED-chippen til loddeforbindelsen i ovenstående struktur reduceres med 9K/W, hvilket er omkring 1/ 6 af den traditionelle LED, og den pakkede LED anvender 2W. Når strømmen er høj, er LED-chippens bindingstemperatur 18K højere end loddeforbindelsens. Selvom temperaturen på printkortet stiger til 500C, er bindingstemperaturen kun omkring 700C højst. I modsætning hertil, når den termiske impedans er reduceret, vil bindingstemperaturen for LED-chippen være højere. Påvirket af temperaturen på det trykte kredsløb er det nødvendigt at forsøge at reducere temperaturen på LED-chippen, med andre ord at reducere den termiske modstand fra LED-chippen til loddeforbindelsen, hvilket effektivt kan reducere byrden ved at afkøle LED chip. Omvendt, selvom den hvide LED har en struktur, der undertrykker termisk modstand, hvis varmen ikke kan ledes fra pakken til printpladen, vil lyseffektiviteten af LED'en falde kraftigt som følge af stigningen i temperaturen på LED. Virksomheden indkapsler den 1 mm firkantede blå LED på det keramiske substrat i form af en flip-chip og indsætter derefter det keramiske substrat på overfladen af kobberprintkortet. Ifølge Panasonic er den termiske impedans af hele modulet inklusive printkortet omkring 15K/W. om.
Fordi adhæsionen mellem varmeafledningsfinnen og printpladen direkte påvirker varmeledningseffekten, bliver designet af printkortet meget kompliceret. I lyset af dette har producenter af belysningsudstyr og LED-emballage som Lumi i USA og CITIZEN i Japan successivt udviklet højeffekt LED'er. Ved hjælp af simpel varmeafledningsteknologi kan den hvide LED-pakke, som CITIZEN begyndte at prøve i 2004, direkte udlede varmen fra varmeafledningsfinnerne med en tykkelse på omkring 2~3 mm til ydersiden uden speciel bindingsteknologi. Ifølge virksomheden, selvom limningen af LED-chips Den termiske impedans på 30K/W fra punktet til kølefinnen er større end 9K/W af OSRAM, og rumtemperaturen vil øge den termiske impedans med omkring 1W i en normal miljø, men selvom det traditionelle printkort ikke har nogen køleventilator til tvungen luftkøling, kan det hvide lys Det også bruges til kontinuerlig belysning.
Den højeffekt LED-chip, som Lumileds begyndte at prøve i 2005, har en højere limningstemperatur på plus 1850C, hvilket er 600C højere end andre virksomheders produkter på samme niveau. Når du bruger den traditionelle RF4 printkortpakke, kan den omgivende temperatur indtastes inden for området 400C svarende til 1,5W strømstrøm (ca. 400mA).
Som nævnt ovenfor har Lumileds og CITIZEN vedtaget at øge den tilladte temperatur i krydset, mens OSRAM fra Tyskland har sat LED-chippen på overfladen af varmeafledningsfinnen for at opnå en ultra-lav termisk impedansrekord på 9K/W, hvilket er højere end den termiske impedans i OSRAMs tidligere udvikling af lignende produkter. 40 procent reduktion. Det er værd at nævne, at LED-modulet er pakket med samme flip-chip-metode som den traditionelle metode, men når LED-modulet er bundet til den termiske finne, vælges det lysemitterende lag tættest på LED-chippen som limoverflade, for at få lyset til at udsende Lagets varme kan spredes ved ledning over den korteste afstand.
I 2003 lagde Toshiba Lighting Co., Ltd. engang en hvid LED med en lyseffektivitet på 60lm/W lav termisk impedans på aluminiumslegeringsoverfladen på 400 mm kvadratisk, uden særlige varmeafledningskomponenter såsom køleventilatorer, og forsøgte at lave en LED-modul med en stråle på 300lm. Fordi Toshiba Lighting Co., Ltd. har med rig erfaring inden for prøveproduktion, sagde virksomheden, at på grund af fremskridtene inden for simuleringsanalyseteknologi, kan hvide LED'er, der overstiger 60lm/W efter 2006, nemt bruges, og rammens termiske ledningsevne kan forbedret, eller belysningsudstyret kan designes med tvungen luftkøling ved køleventilatorer. Modulstrukturen, der ikke kræver speciel køleteknologi, kan også bruge hvide LED'er.
Med hensyn til LED'ers levetid, er de nuværende modforanstaltninger, som LED-producenter træffer, at ændre tætningsmaterialet og samtidig sprede det fluorescerende materiale i tætningsmaterialet, især siliciumforseglingsmaterialet er bedre end epoxyharpiksforseglingsmaterialet over det traditionelle. blå og næsten-ultraviolette LED-chips. Det er mere effektivt at undertrykke hastigheden af materialeforringelse og lystransmissionsreduktion.
Da procentdelen af epoxyharpiks, der absorberer lys med en bølgelængde på 400~450nm, er så høj som 45 procent, er siliciumforseglingsmaterialet mindre end 1 procent, og tiden for halvering af lysstyrken af epoxyharpiksen er mindre end 10,{{ 5}} timer, og siliciumforseglingsmaterialet kan forlænges til ca. 40,000 timer, hvilket er næsten det samme som belysningsudstyrets designlevetid, hvilket betyder, at de hvide LED'er ikke skal udskiftes under brug af belysningsudstyret. Silikoneharpiks er dog et meget elastisk og blødt materiale, og en fremstillingsteknologi, der ikke ridser overfladen af silikoneharpiksen, skal bruges under forarbejdningen. Derudover er silikoneharpiksen let vedhæftet til støv under processen. Derfor er det nødvendigt at udvikle teknologier, der kan forbedre overfladeegenskaberne i fremtiden.
Selvom siliciumforseglingsmaterialet kan sikre LED'ernes levetid i 40,000 timer, har belysningsudstyrsindustrien forskellige synspunkter. Hoveddebatten er, at levetiden for traditionelle glødelamper og lysstofrør defineres som "lysstyrke reduceret til 30 procent eller mindre". Hvis halveringstiden for LED'er er 40,000 timer, hvis lysstyrken reduceres til mindre end 30 procent, er der kun omkring 20,000 timer tilbage. Der er i øjeblikket to modforanstaltninger til at forlænge komponenternes levetid, nemlig:
1. Undertrykke den samlede temperaturstigning af hvide LED'er;
2. Stop med at bruge harpiksindkapsling.
Det antages generelt, at hvis de ovennævnte to livsforlængende foranstaltninger implementeres grundigt, kan kravet om 30 procent lysstyrke i 40,000 timer opnås. For at undertrykke temperaturstigningen af hvide LED'er kan metoden til afkøling af LED-emballagens printkort bruges. Hovedårsagen er, at emballageharpiksen vil forringes hurtigt under højtemperaturtilstanden og kraftig lysbestråling. Ifølge Arrhenius-loven forlænges levetiden med 2 gange, hvis temperaturen sænkes med 100C.
Standsning af brugen af harpiksindkapsling kan helt eliminere forringelsesfaktoren, fordi lyset, der genereres af LED'en, reflekteres i indkapslingsharpiksen. Hvis du bruger en harpiksreflektor, der kan ændre lysretningen på siden af chippen, vil reflektoren absorbere lyset, så mængden af lys, der tages ud, bliver skarp. Dette er hovedårsagen til, at LED-producenter konsekvent bruger keramiske og metalemballagematerialer.
Der er to måder at forbedre lyseffektiviteten af hvide LED-chips. Den ene er at bruge en stor LED-chip med et areal, der er 10 gange større end en lille chip (ca. 1 mm2); Enkelt modul. Selvom en stor LED-chip kan opnå en stor stråle, vil en forøgelse af chiparealet have ulemper, såsom ujævn elektrisk grænse for det lysemitterende lag i chippen, begrænsede lysemitterende dele og alvorlig dæmpning af lyset, der genereres inde i chippen. når det udstråles udadtil. Som svar på ovenstående problemer har LED-producenter opnået en lyseffektivitet på 50lm/W ved at forbedre elektrodestrukturen, anvende flip-chip-pakningsmetoden og integrere chipoverfladebehandlingsevnerne.
Med hensyn til den elektriske lighed af hele chippen, siden fremkomsten af kam- og mesh-formede (mesh) p-type elektroder for to eller tre år siden, er antallet af producenter, der bruger denne metode, fortsat med at stige, og elektroderne er også udvikler sig i retning af optimering.
Med hensyn til flip-chip-pakningsmetoden, fordi det lysemitterende lag er tæt på pakkens ende, er det let at udsende varme, og lyset fra det lysemitterende lag udstråles til ydersiden uden besværet med at blive skærmet af elektroder. Derfor har det amerikanske Lumileds og Japan Toyoda Gosei officielt taget flip-chip-pakningsmetoden til sig. I 2005 fulgte Matsushita Electric, Matsushita Electric Works og Toshiba, som startede masseproduktion af storskala LED'er, også trop. Nichia, som tidligere brugte wire bonding emballage, og 50lm/W kundespecifikke LED'er udgivet i 2004 brugte også flip chip emballage.
Med hensyn til overfladebehandlingen af chippen kan den forhindre, at lyset reflekteres fra indersiden af chippen til ydersiden af chippen i at blive reflekteret ved grænsefladen. Ifølge en japansk LED-producent vil udtrækningen af ydersiden af chippen ikke ske, hvis der er sat en konkav-konveks struktur på safirsubstratet ved lysudsugningsdelen ved flip-chip-emballage. Lysstrålen kan øges med 30 procent.
