Baltas gaismas LED ilgmūžības, lielas jaudas un zema enerģijas patēriņa tehnoloģija
Agrāk, lai gūtu pilnu peļņu no stara, nozare ir izstrādājusi lielu izmēru un ar šo metodi centusies sasniegt vēlamo mērķi, taču faktiski, kad baltās gaismas diodes pielietotā jauda turpina pārsniegt 1W, stars samazināsies, un gaismas efektivitāte tiks relatīvi samazināta par 20–30 procentiem. Citiem vārdiem sakot, ja balto gaismas diožu spilgtums ir vairākas reizes lielāks nekā tradicionālo gaismas diožu spilgtums un enerģijas patēriņa raksturlielumiem ir jāpārspēj dienasgaismas spuldžu rādītāji, vispirms ir jāpārvar šādi četri galvenie jautājumi: a. temperatūras paaugstināšanās nomākšana; b. kalpošanas laika nodrošināšana; c. gaismas efektivitātes uzlabošana d. Gaismas īpašību izlīdzināšana.
Specifiskā metode temperatūras paaugstināšanās problēmai ir iepakojuma termiskās pretestības samazināšana; īpašā metode LED kalpošanas laika uzturēšanai ir mikroshēmas formas uzlabošana un nelielas mikroshēmas izmantošana; īpašā metode LED gaismas efektivitātes uzlabošanai ir mikroshēmas struktūras uzlabošana un nelielas mikroshēmas izmantošana; kas attiecas uz vienmērīgajiem gaismas raksturlielumiem Īpašā metode ir uzlabot LED iepakošanas metodi. Parasti tiek uzskatīts, ka baltajām gaismas diodēm ir paredzēts pieņemt iepriekš minētos pasākumus 2005.–2006. gadā.
Jingwei izstrāde, lai palielinātu jaudu, izraisīs paketes termiskās pretestības strauju samazināšanos zem 10K/W. Tāpēc ārvalstu uzņēmumi ir izstrādājuši augstas temperatūras izturīgas baltas gaismas diodes, lai mēģinātu uzlabot iepriekš minētās problēmas. Tomēr faktiskā siltumspēja ir desmitiem reižu lielāka nekā mazjaudas LED. Iepriekš minētais un temperatūras paaugstināšanās arī ievērojami samazinās gaismas efektivitāti. Pat ja iepakošanas tehnoloģija pieļauj lielu karstumu, LED mikroshēmas savienošanas temperatūra var pārsniegt pieļaujamo vērtību. Visbeidzot, nozare beidzot saprata, ka iepakojuma siltuma izkliedes problēmas risināšana ir galvenais risinājums.
Attiecībā uz gaismas diožu kalpošanas laiku, piemēram, silīcija blīvējuma materiālu un keramikas iepakojuma materiālu izmantošana var palielināt gaismas diodes kalpošanas laiku par 10 procentiem, jo īpaši balto gaismas diožu gaismas spektrs satur īsviļņu gaismu ar viļņu garumu zem 450 nm, tradicionālo epoksīdu. sveķu blīvēšanas materiāli Īsa viļņa gaisma to var ļoti viegli sabojāt. Lielais jaudīgo balto gaismas diožu gaismas daudzums paātrina blīvējuma materiālu nolietošanos. Saskaņā ar nozares testu rezultātiem lieljaudas balto gaismas diožu spilgtums ir samazināts par vairāk nekā uz pusi mazāk nekā 10,000 stundu nepārtrauktas apgaismojuma laikā, kas nespēj apmierināt gaismas avotu. Pamatprasības ilgam mūžam.
Attiecībā uz gaismas diožu gaismas efektivitāti mikroshēmas struktūras un iepakojuma struktūras uzlabošana var sasniegt tādu pašu līmeni kā mazjaudas baltās gaismas diodes. Galvenais iemesls ir tas, ka, palielinot strāvas blīvumu vairāk nekā 2 reizes, ir ne tikai grūti iegūt gaismu no lielām mikroshēmām, bet tas novedīs pie gaismas efektivitātes. Tas nav tik labi kā mazjaudas balto gaismas diožu dilemma. Ja tiek uzlabota mikroshēmas elektrodu struktūra, teorētiski var atrisināt iepriekš minēto gaismas ekstrakcijas problēmu.
Attiecībā uz gaismas īpašību viendabīgumu parasti tiek uzskatīts, ka tikmēr, kamēr tiek uzlabota baltās gaismas diodes fosfora materiāla koncentrācijas vienmērība, fosfora ražošanas tehnoloģijai jāspēj pārvarēt iepriekš minētās problēmas.
Kā minēts iepriekš, palielinot pielietoto jaudu, ir jācenšas samazināt siltuma pretestību un uzlabot siltuma izkliedes problēmu. Konkrētais saturs ir:
① Samaziniet termisko pretestību no mikroshēmas līdz iepakojumam
② Samaziniet termisko pretestību no iepakojuma līdz iespiedshēmai
③ Uzlabojiet mikroshēmas siltuma izkliedes vienmērīgumu
Lai samazinātu termisko pretestību, daudzi ārvalstu LED ražotāji novieto LED mikroshēmas uz siltuma izlietņu virsmas, kas izgatavotas no vara un keramikas materiāliem, un pēc tam izmanto lodēšanas metodes, lai savienotu siltuma izkliedes vadus uz iespiedshēmas plates ar dzesēšanas ventilatoru izmantošanu. Uz dzesēšanas ribām ar piespiedu gaisa dzesēšanu, saskaņā ar OSRAM Opto Semiconductors Gmb Vācijā eksperimentālajiem rezultātiem, termiskā pretestība no LED mikroshēmas līdz iepriekš minētās konstrukcijas lodēšanas vietai var tikt samazināta par 9K/W, kas ir aptuveni 1/ 6 no tradicionālās gaismas diodes, un iepakotā LED darbojas 2 W Ja jauda ir liela, LED mikroshēmas savienojuma temperatūra ir par 18 K augstāka nekā lodēšanas savienojuma temperatūra. Pat ja iespiedshēmas plates temperatūra paaugstinās līdz 500 ° C, savienojuma temperatūra ir tikai aptuveni 700 ° C. Turpretim, tiklīdz siltuma pretestība ir samazināta, LED mikroshēmas savienojuma temperatūra būs augstāka. Iespiestās shēmas plates temperatūras ietekmē ir jācenšas samazināt LED mikroshēmas temperatūru, citiem vārdiem sakot, samazināt termisko pretestību no LED mikroshēmas līdz lodēšanas vietai, kas var efektīvi samazināt dzesēšanas slogu. LED mikroshēma. Un otrādi, pat ja baltajai gaismas diodei ir struktūra, kas nomāc termisko pretestību, ja siltumu nevar novadīt no iepakojuma uz iespiedshēmas plati, gaismas diodes gaismas efektivitāte strauji samazināsies, palielinoties temperatūras paaugstināšanai. LED. Uzņēmums iekapsulē 1 mm kvadrātveida zilo LED uz keramikas pamatnes flip chip formā un pēc tam ielīmē keramikas substrātu uz vara iespiedshēmas plates virsmas. Saskaņā ar Panasonic datiem visa moduļa, ieskaitot iespiedshēmas plati, siltuma pretestība ir aptuveni 15K/W. par.
Tā kā saķere starp siltuma izkliedes spuru un iespiedshēmas plati tieši ietekmē siltuma vadīšanas efektu, iespiedshēmas plates dizains kļūst ļoti sarežģīts. Ņemot to vērā, apgaismes iekārtu un LED iepakojumu ražotāji, piemēram, Lumi Amerikas Savienotajās Valstīs un CITIZEN Japānā, ir secīgi izstrādājuši lieljaudas gaismas diodes. Izmantojot vienkāršu siltuma izkliedes tehnoloģiju, baltā LED pakete, kuru CITIZEN sāka ņemt paraugus 2004. gadā, var tieši izvadīt siltumu no aptuveni 2–3 mm biezām siltuma izkliedes spurām uz ārpusi bez īpašas savienošanas tehnoloģijas. Saskaņā ar uzņēmuma teikto, lai gan LED mikroshēmu savienošana 30K/W termiskā pretestība no punkta līdz dzesēšanas spurai ir lielāka nekā OSRAM 9K/W, un istabas temperatūra parastā režīmā palielinās termisko pretestību par aptuveni 1W. vide, bet pat tad, ja tradicionālajai iespiedshēmas platei nav dzesēšanas ventilatora piespiedu gaisa dzesēšanai, baltā gaisma To var izmantot arī nepārtrauktam apgaismojumam.
Lieljaudas LED mikroshēmai, ko Lumileds sāka ņemt paraugus 2005. gadā, ir augstāka līmēšanas temperatūra plus 1850C, kas ir par 600C augstāka nekā citu uzņēmumu produktiem tādā pašā līmenī. Izmantojot tradicionālo RF4 iespiedshēmas plates pakotni, apkārtējās vides temperatūru var ievadīt diapazonā no 400C, kas atbilst 1,5W strāvas strāvai (apmēram 400mA).
Kā minēts iepriekš, Lumileds un CITIZEN ir pieņēmuši, lai paaugstinātu pieļaujamo temperatūru krustojumā, savukārt Vācijas OSRAM ir uzstādījis LED mikroshēmu uz siltuma izkliedes spuras virsmas, lai sasniegtu īpaši zemu siltuma pretestības rekordu 9K/W, kas ir augstāka nekā OSRAM iepriekšējās līdzīgu produktu izstrādes termiskā pretestība. 40 procentu samazinājums. Ir vērts pieminēt, ka LED modulis ir iepakots, izmantojot to pašu flip chip metodi kā tradicionālā metode, bet, kad LED modulis ir savienots ar termisko spuru, gaismas izstarojošais slānis, kas ir vistuvāk LED mikroshēmai, tiek izvēlēts kā savienošanas virsma. lai padarītu gaismu izstarojošu Slāņa siltumu var izkliedēt, vadot visu īsākā attālumā.
2003. gadā uzņēmums Toshiba Lighting Co., Ltd. reiz uz alumīnija sakausējuma virsmas 400 mm kvadrātā uzlika baltu gaismas diožu ar gaismas efektivitāti 60 lm/W zemu termisko pretestību bez īpašām siltuma izkliedes sastāvdaļām, piemēram, dzesēšanas ventilatoriem, un mēģināja izveidot LED modulis ar 300lm staru. Tā kā Toshiba Lighting Co., Ltd. ir ar bagātīgu izmēģinājuma ražošanas pieredzi, uzņēmums teica, ka, pateicoties simulācijas analīzes tehnoloģijas attīstībai, var viegli izmantot baltas gaismas diodes, kuru jauda pārsniedz 60 lm/W pēc 2006. gada, un rāmja siltumvadītspēja var tikt samazināta. uzlabota, vai arī apgaismojuma iekārtas var konstruēt ar piespiedu gaisa dzesēšanu ar dzesēšanas ventilatoriem. Moduļa struktūrā, kurai nav nepieciešama īpaša dzesēšanas tehnoloģija, var izmantot arī baltas gaismas diodes.
Attiecībā uz gaismas diožu ilgmūžību, pašreizējie LED ražotāju veiktie pretpasākumi ir mainīt blīvējuma materiālu un tajā pašā laikā izkliedēt fluorescējošu materiālu blīvējuma materiālā, jo īpaši silīcija blīvējuma materiāls ir labāks par epoksīdsveķu blīvējuma materiālu, kas pārsniedz tradicionālo. zilas un gandrīz ultravioletās gaismas diožu mikroshēmas. Efektīvāk ir nomākt materiāla bojāšanās ātrumu un gaismas caurlaidības samazināšanos.
Tā kā epoksīdsveķu procentuālais daudzums, kas absorbē gaismu ar viļņa garumu 400–450 nm, ir pat 45 procenti, silīcija blīvējuma materiāls ir mazāks par 1 procentu, un laiks epoksīda sveķu spilgtuma samazināšanai uz pusi ir mazāks par 10,{{ 5}} stundas, un silīcija blīvējuma materiālu var pagarināt līdz aptuveni 40,000 stundām, kas ir gandrīz tāds pats kā apgaismojuma aprīkojuma projektētais kalpošanas laiks, kas nozīmē, ka baltās gaismas diodes nav jāmaina. apgaismes iekārtu lietošanas laikā. Tomēr silikona sveķi ir ļoti elastīgs un mīksts materiāls, un apstrādes laikā ir jāizmanto ražošanas tehnoloģija, kas nesaskrāpē silikona sveķu virsmu. Turklāt procesa laikā silikona sveķi viegli piestiprinās pie putekļiem. Tāpēc ir nepieciešams izstrādāt tehnoloģijas, kas nākotnē varētu uzlabot virsmas īpašības.
Lai gan silīcija blīvējuma materiāls var nodrošināt gaismas diožu kalpošanas laiku 40,000 stundas, apgaismes iekārtu nozarei ir dažādi viedokļi. Galvenās diskusijas ir par to, ka tradicionālo kvēlspuldžu un dienasgaismas spuldžu kalpošanas laiks ir definēts kā "spilgtums samazināts līdz 30 procentiem vai mazāk". Ja gaismas diodes sadalīšanās laiks uz pusi ir 40,000 stundas, ja spilgtums ir samazināts līdz mazāk nekā 30 procentiem, ir atlikušas tikai aptuveni 20,000 stundas. Pašlaik ir divi pretpasākumi, lai pagarinātu komponentu kalpošanas laiku, proti:
1. Apspiest balto gaismas diožu kopējo temperatūras pieaugumu;
2. Pārtrauciet izmantot sveķu iekapsulēšanu.
Parasti tiek uzskatīts, ka, rūpīgi īstenojot divus iepriekš minētos darbības pagarināšanas pasākumus, var sasniegt prasību par 30 procentu spilgtumu 40 000 stundas. Lai nomāktu balto gaismas diožu temperatūras paaugstināšanos, var izmantot LED iepakojuma iespiedshēmas plates dzesēšanas metodi. Galvenais iemesls ir tas, ka iepakojuma sveķi strauji pasliktināsies augstā temperatūrā un spēcīgas gaismas apstarošanas apstākļos. Saskaņā ar Arrēnija likumu dzīves ilgums tiks pagarināts 2 reizes, ja temperatūra tiek pazemināta par 100C.
Sveķu iekapsulēšanas lietošanas pārtraukšana var pilnībā novērst nolietošanās koeficientu, jo gaismas diodes radītā gaisma tiek atspoguļota iekapsulēšanas sveķos. Ja izmantojat sveķu atstarotāju, kas var mainīt gaismas virzienu mikroshēmas pusē, atstarotājs absorbēs gaismu, tāpēc izvadītās gaismas daudzums būs ass. Tas ir galvenais iemesls, kāpēc LED ražotāji konsekventi izmanto keramikas un metāla iepakojuma materiālus.
Ir divi veidi, kā uzlabot balto LED mikroshēmu gaismas efektivitāti. Viens no tiem ir izmantot lielu LED mikroshēmu, kuras laukums ir 10 reizes lielāks nekā mazai mikroshēmai (apmēram 1 mm2); Viens modulis. Lai gan liela LED mikroshēma var iegūt lielu staru, mikroshēmas laukuma palielināšanai būs trūkumi, piemēram, nevienmērīga mikroshēmas gaismu izstarojošā slāņa elektriskā robeža, ierobežotas gaismu izstarojošās daļas un nopietna mikroshēmas radītās gaismas vājināšanās. kad tas tiek izstarots uz āru. Reaģējot uz iepriekš minētajām problēmām, LED ražotāji ir sasnieguši gaismas efektivitāti 50 lm/W, uzlabojot elektrodu struktūru, izmantojot flip chip iepakošanas metodi un integrējot mikroshēmas virsmas apstrādes prasmes.
Runājot par visas mikroshēmas elektrisko vienlīdzību, kopš ķemmes formas un sietveida (tīklveida) p veida elektrodu parādīšanās pirms diviem vai trim gadiem ražotāju skaits, kuri izmanto šo metodi, ir turpinājis palielināties, un arī elektrodi attīstās optimizācijas virzienā.
Kas attiecas uz flip chip iepakošanas metodi, tā kā gaismu izstarojošais slānis atrodas tuvu iepakojuma galam, tas ir viegli izstaro siltumu, un gaisma no gaismu izstarojošā slāņa tiek izstarota uz ārpusi, neradot grūtības to aizsargāt ar elektrodiem. Tāpēc ASV Lumileds un Japāna Toyoda Gosei ir oficiāli pieņēmuši flip chip iepakošanas metodi. 2005. gadā šim piemēram sekoja arī Matsushita Electric, Matsushita Electric Works un Toshiba, kas sāka lielapjoma gaismas diožu masveida ražošanu. Uzņēmums Nichia, kas agrāk izmantoja stiepļu savienošanas iepakojumu, un 50 lm/W klientam paredzētās gaismas diodes, kas tika izlaistas 2004. gadā, arī izmantoja flip chip iepakojumu.
Kas attiecas uz mikroshēmas virsmas apstrādi, tā var novērst gaismas atspīdumu no mikroshēmas iekšpuses uz mikroshēmas ārpusi, un tā var tikt atstarota saskarnē. Saskaņā ar Japānas LED ražotāja teikto, ja uz safīra substrāta gaismas izvadīšanas daļā tiek iestatīta ieliekta-izliekta struktūra, kad iesaiņojums tiek apgriezts, mikroshēmas ārpuses izvilkšana nenotiks. Siju var palielināt par 30 procentiem.
