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宏達節(jié)能照明 提高LED光源耐溫性的探討

提高LED光源耐溫性的探討

宏達節(jié)能照明生產(chǎn)工廠車間工礦燈具
　　
　
　　一，LED燈效??/div>
　　由LED光源發(fā)出的光通量（lm）除以光源（W）消耗的功率稱為LED發(fā)光效率，單位為lm/W.
　　區(qū)分瞬態(tài)光效和穩(wěn)態(tài)光??/div>
　　瞬態(tài)光效是LED光源的短時光電轉換特性，與芯片和熒光粉的量子激發(fā)能力，膠體的折射率，透射率，支架結構的反射率有關??（反射器），以及芯片的結溫?；旧蠠o關緊要。它僅測量對比度，瞬態(tài)光效果不代表實際工作狀態(tài)??/div>
　　穩(wěn)態(tài)光效是指當LED光源工作一段時間然后穩(wěn)定時測量的光通量與電功率之比，芯片的結溫不再升高，并且光強度不會改變。穩(wěn)態(tài)光效是指除了驅動電源之外的LED整體燈的系統(tǒng)光效，它反映了實際工作的LED的集成光，電和熱特性。穩(wěn)態(tài)光效包括系統(tǒng)的熱傳遞和散熱的溫度變化狀態(tài)，以及LED的瞬態(tài)光和電特性，也稱為系統(tǒng)光，這是真正的工作效率。整體燈??/div>
　　二，LED熱阻
　　LED熱阻
　　熱阻通常是指通過物體的熱流阻力。它取決于材料的性質。熱阻的大小與熱流通過的路徑的長度成比例，與路徑的橫截面積成反比，并且與材料的熱導率成反比。這是：
　　的Rth=L /Sλ
　　2.區(qū)分光源的內(nèi)部熱阻和光源的外部熱??/div>
　　對于該系統(tǒng)，LED熱阻包括：光源的內(nèi)部熱阻和光源的外部熱阻如圖1所示??/div>
　　提高LED光源耐溫性的實驗探討
　　光源的內(nèi)部熱??/div>
　　光源的內(nèi)部熱阻也稱為封裝熱阻，包括：
　　??）LED芯片材料本身的熱阻RL1??/div>
　　??）芯片和基板（散熱器）的接合熱阻，RL2??/div>
　　??）襯底傳導熱阻RL3??/div>
　　??）灌封膠體熱阻，RL4??/div>
　　??）透鏡熱阻，RL5??/div>
　　光源的外部熱阻包括：
　　??）散熱片下的導熱硅膠的導熱系數(shù)RO1??/div>
　　??）CCL熱阻，RO2??/div>
　　??）覆銅層壓板和鋁基板之間的絕緣膜的耐熱性，RO3??/div>
　　??）鋁基板，RO4的熱阻??/div>
　　??）鋁基板和散熱器之間的導熱性產(chǎn)生熱阻RO5??/div>
　　??）散熱器熱阻，RO6??/div>
　　應用中光源的內(nèi)部熱阻是封裝的熱阻。它與光衰和長壽有關。它是衡量光源質量的重要指標。它不能為燈的用戶改變，也就是說，系統(tǒng)設計無關。系統(tǒng)功效與系統(tǒng)的熱阻成反比。熱阻越低，光效越高??/div>
　　3，利用穩(wěn)態(tài)光效比與瞬態(tài)光效率來測量系統(tǒng)的光熱特??/div>
　　目前，LED光源的熱阻測量尚未發(fā)布標準。通常，根據(jù)普通半導體器件的熱阻測量方法采用電壓測量方法，首先測量K值，然后計算PN結對PN結的熱阻。還有光譜學，光熱電阻掃描和光學功率方法。由于測量過程的復雜性和規(guī)范的難度，它仍然沒有被廣泛使用。通過傳熱引入LED“熱阻”只不過是希望通過測量找出每個光源和燈的每個節(jié)點的溫升，從而設計光源溫度在安全范圍內(nèi)工作，減少LED燈衰減。事實上，測試結溫和計算熱阻的目的只是為了比較系統(tǒng)的傳熱性能，以優(yōu)化散熱/成本比。這消除了彎曲拐角以重復測量和計算的需要，并且操作復雜性不夠準確。我建議只要在LED燈系統(tǒng)中測量每個級別的傳熱路徑之間的溫差，就可以表示它們之間的熱阻，也就是說??ldquo;節(jié)點溫差”用于理解“熱量”抵抗??rdquo;。我建議使用穩(wěn)態(tài)光效比與瞬態(tài)光效率來測量系統(tǒng)的光熱特性。測量方法：首先測量transient的瞬態(tài)光效。當系統(tǒng)工作熱穩(wěn)定性時，光源溫度不再升高，光強不再下降，相對穩(wěn)定后測量穩(wěn)態(tài)光效。穩(wěn)態(tài)光效除以瞬態(tài)光效應是穩(wěn)態(tài)光效和瞬態(tài)。光效比，根據(jù)熱阻與光效的反比關系，該值的比值可以看出系統(tǒng)光的質量或不同燈的熱阻，注意通常的測量，以消除電源。例如，兩個不同??a href='/a/ludeng/' target='_blank'>路燈A和B分別測量它們的瞬態(tài)光效率與穩(wěn)態(tài)光效率的比率，A=95％，B=90％，那么可以得出結論A優(yōu)于B.該測試方法簡單易行。操作時，筆者建議，經(jīng)過討論和改進后，應在工業(yè)測量規(guī)范和技術標準中推薦測量方法。三，LED燈衰??/div>
　　1，LED燈衰減：LED燈衰減意味著LED經(jīng)過一段時間的照明后，其光強度會低于初始光強度，并且無法恢復，也就是說，減少部分稱為光衰減LED。目前，中國尚未制定LED光衰的定義和通用標準??GB/T 24823-2009要求LED模塊的性能要求規(guī)定的流明維持率。當點火點為3000h時，流明維持率應不低??2％。僅測試室內(nèi)照明的一種產(chǎn)品。業(yè)界普遍呼吁該國盡快制定LED。光衰衰標準??/div>
　　2，LED光衰是光源元件超過溫度限制的不可逆損壞現(xiàn)??/div>
　　眾所周知，LED工作后，隨著芯片結溫的升高，其光強度會降低，光效會降低。這是半導體固有的物理特性，因為它隨溫度變化。只要光源的某個部件沒有超過溫度限制，LED就會停止。溫度下降到原來的値后，其光強將恢復到原來的狀態(tài)，也就是說，無論LED工作多長時間，只要初始光強度恒定，就不能認為是光衰。光衰是指由于工作溫度較長而超過極限的光源。光強度沒有恢復到最初的昵稱，但光通量的不可逆減少是光衰減的真正含義??LED光衰減是不可逆的損壞現(xiàn)象，其中光源組件超過溫度極限??/div>
　　3，目前所有芯片和封裝廠的光效是瞬態(tài)光??/div>
　　有人認為CREE在美國宣布的LED芯片結溫與LEF光衰減曲線之間的關系。很多人把它視為LED芯片的光衰減曲線，甚至包裝廠也會將其復制到工廠規(guī)格書中。這是錯的??/div>
　　提高LED光源耐溫性的實驗探討
　　上述CREE中公開的溫度與光通量/光功率之間的關系是基于用戶的表達，即在設計使用期間芯片不應超過某個結溫范圍，以確保光通量減小或光衰減發(fā)生在額定光功率。筆者認為，這組曲線并不是LED芯片光衰的因果關系。它應該是與LED光源的光通量和溫度相關的各種組件的綜合曲線。許多人認為這組曲線是純芯片光衰減的原因，并且不包括熒光粉，粘膠纖維，支架和溫度相關的系統(tǒng)組件。這是一種誤解。無論LED光源是在Ta=25°還是Ta=85°C下進行測試，它都是在一定溫度下光源系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)測量值。由于穩(wěn)態(tài)光效應受許多溫度變量的影響，因此測試復雜性不夠準確。而且時間更長，因此所有芯片工廠和包裝工廠目前的標稱光效是瞬態(tài)光效，以及下游用戶接受度。無論世界上哪家公司發(fā)布產(chǎn)品性能指標都必須可操作且可重復，這意味著購買您產(chǎn)品的客戶無法或難以測試其規(guī)格，他們無法通過。一些國外廠商故意夸大光效比傳統(tǒng)價值不實用，因為LED光效和光衰不是LED芯片的單一因素造成的，它與系統(tǒng)熱阻的許多條件有關，取實驗室光效只有宣傳意義沒有實際意義。如果一家公司推??03LM/W產(chǎn)品并且沒有將其出售給市場，那么該行業(yè)就無法理解并同意。這不是決定LED光效芯片的唯一原因，也不是主要原因。盲目追求某個品牌而不關注系統(tǒng)設計的用戶是一種誤解，它將是費力且無效的。結??/div>
　　討論LED光效，LED熱阻和LED光衰等廣泛流行的專業(yè)詞匯，區(qū)分瞬態(tài)光效和穩(wěn)定光效的意義在于進一步揭示LED光衰的原因并找出解決方案。同時，定義LED技術術語的定義，建立相關的技術標準無疑是有益的??/div>
　　四，LED光衰的原??/div>
　　1，LED光衰是光源材料損壞引起的不可逆衰減故??/div>
　　LED光衰減意味著在LED照射一段時間后，其光強度將低于原始光強度，而低部分是LED的光衰減。目前，我國還沒有建立LED光衰標準，工業(yè)內(nèi)部規(guī)??000H每小時光通量維持??ge;70％，這被認為是無效的??/div>
　　如圖2所示，光通量的減少不等于光衰??/div>
　　眾所周知，LED工作后，隨著芯片結溫的升高，其光強度會降低，光效會降低。這是半導體固有的物理特性，因為它隨溫度變化。只要LED光源的某個部件沒有超過溫度限制，LED就會在溫度恢復后停止恢復。也就是說，無論LED工作多長時間，只要初始光強度恒定，就不能將其視為光衰。筆者認為，LED光衰是指LED光源因某些材料損壞而不再恢復的故障現(xiàn)象，即LED光源沒有光通量損失（初始光強度）和有損光通量（在指定時間內(nèi)衰減不可恢復的光強度。比例??/div>
　　3，LED光源光衰的主要原因是凝膠不耐溫
　　眾所周知，芯片（包括熒光粉）是無機材料。實驗表明，芯片和熒光粉在百度的兩三個高溫操作原理上都不成問題。從光源系統(tǒng)來看，LED光衰減的主要原因是凝膠不耐溫。目前，最好的包裝橡膠的耐溫性只有百度。測試證明，當散熱器足夠大時，經(jīng)常使??0W集成光源。高??00度以上，無論是灌封膠還是PPA在長期高溫操作中都不可避免地會引起膠體開裂，碳化和與芯片分離并導致光衰??/div>
　　提高LED光源耐溫性的實驗探討
　　從燈具系統(tǒng)來看，LED光衰與系統(tǒng)熱阻有關，包括散熱通道，散熱材料，散熱方法和溫度相關元件??/div>
　　LED光源的光衰減由支撐體的結構，芯片，磷光體的質量，凝膠的耐溫性以及包裝過程的過程決定。這些條件由包裝廠選擇，優(yōu)選的是包裝支架和凝膠的耐候性。從某種意義上說，LED封裝的核心技術應該是封裝支架的開發(fā)和制造技術，它決定了LED光源的目的，功能和性價比??/div>
　　第五，提高LED光源的耐溫性可以減少LED光衰
　　1.為什么要提高LED光源的耐溫性？
　　眾所周知，LED屬于半導體低溫加熱裝置。低溫熱源在自然散熱條件下具有低散熱效率??LED通過對流和輻射將熱量傳遞給空氣。如果LED散熱器與環(huán)境溫度之間的溫差很小，則散熱會增加。器件的面積幾乎沒有散熱變化。理論研究表明，輻射熱耗散與溫度的四次方成正比：Q=εσS（T w 4 -T0 4），溫差越大，散熱越多。也就是說，在相同的環(huán)境溫度下散熱器的溫度越高，散熱的熱量就越多。因此，適當?shù)卦黾恿松崞鞯墓ぷ鳒囟?，并且控制了在LED光源長時間工作而沒有光衰減之后穩(wěn)態(tài)光效果不會發(fā)生很大變化的原理。這種改善LED光源耐高溫性的設計思想不僅基于平衡散熱和成本考慮，而且主要允許LED光源在更高溫度下安全工作而不會發(fā)生光衰。這不僅減少了散熱器的數(shù)量和成本，而且增加了芯片工作電流的承載能力，同時達到了減少LED光衰減和延長使用壽命的目的，多次獲勝的設計革命??.如何使LED光源承受高溫
　　自LED問世以來，該行業(yè)已投入巨資研究LED光衰??LED冷卻影響了LED人員的每一根神經(jīng)，并嘗試了很多方法，其中包括：
　　*倒裝芯片技術：倒裝芯片技術早??0年前，國外大公司就投入巨資研究，旨在避免使用基板膠模焊接技術，不僅消除了倒裝芯片表面的致命傷害在表面上，還有直接焊接技術可以有效地降低封裝的熱阻，并使光源能夠承受高溫。該行業(yè)通常被認為是LED封裝的尖端技術。但人們不得不問：經(jīng)過多年的研究和實驗，為什么倒裝芯片技術無法取代正負載芯片技術并成為主流？其根本原因在于早期的倒裝芯片工藝不僅依賴于陶瓷襯底，而且還依賴于鋁（銅）襯底，由??80度（兩次）過焊接經(jīng)驗而受到材料和元件的損壞。與金屬基板相比，陶瓷基板具有低反射率，并且難以增加瞬態(tài)光效應。陶瓷基板的導熱率和芯片的有限接觸面積也決定了穩(wěn)態(tài)光效果難以改善。加工和安裝不像金屬基板那樣簡單方便。倒裝芯片工藝是兩次焊接，陶瓷基板+鋁基板雙熱阻足以抵消上述優(yōu)點。此外，倒裝芯片工藝的熱壓焊接和回流焊接設備昂貴且不成熟，而倒裝芯片技術的未來仍然是LM \元值，即光效是第一位的，價格是王道。因此，它造成了一個小工廠觀望，而大型產(chǎn)品的推廣很難。倒裝芯片技術的未來發(fā)展方向是與鏡面鋁COM結合，第二是與熒光膜接枝??/div>
　　*，熒光粉遠離芯片技??/div>
　　磷光體和封裝化合物緊緊包裹芯片，嚴重影響散熱。使磷光體遠離芯片可以降低光源封裝的熱阻。國際上，熒光粉和芯片分離技術有多達兩三百項專利，但到目前為止市場還沒有成功看到這類產(chǎn)品，因為這項技術的難點在于如何改變熒光粉后的層間介電折射匹配遠離芯片和芯片。如何用裸金線保護也是一個技術難題。目前，一些工廠在小體積電源實驗中使用熒光膜，但制造工藝和材料耐候性尚不成熟。遠離芯片技術的熒光粉不僅可以降低光源封裝的熱阻，更重要的是，它可以去除包裝廠的膠水和泵。真空，烘烤等復雜工藝。一旦突破無疑是一場改變包裝格局的技術革命??/div>
　　*，液體冷卻技??/div>
　　將芯片散布到冷卻液體中的方法是將LED浸入透光和導熱液體中。由于液體的熱交換，熱量迅速傳遞和消散。只要芯片和導熱液之間存在溫差，其熱流交換就不會停止。它可以大大降低封裝的熱阻，是一個非常好的設計理念。國內(nèi)外許多專家都提出了這種方法，并且有無數(shù)專利。但是，在實際設計中，液體在較小的封裝空間內(nèi)冷卻，并經(jīng)受高低溫反復變化而不會泄漏，結構設計非常困難??。在集成（COB）封裝中，對于多個低功率陣列，可以增加光強度/熱阻比，因為光強度與散熱平行??/div>
　　*。皮革基礎橡膠，皮革去填膠，皮革耐高溫和易損材料，以提高光源的耐溫性??/div>
　　*。減少光路的全反射，優(yōu)化光角，提高LED光源的光效率，減少系統(tǒng)發(fā)熱??/div>
　　*。去除鋁基板以改善穩(wěn)態(tài)光效率和瞬態(tài)光效率比??/div>
　　*。減少鏡頭光分布損失??/div>
　　*。減少保護構件的光阻損失??/div>
　　結論
　　LED是一種低溫半導體加熱裝置。低溫熱源在自然散熱條件下具有低散熱效率。在相同的環(huán)境溫度下，溫差越大，散發(fā)的熱量就越多。散熱器的溫度越高，散熱量就越多。因此，適當增加熱交換器的工作溫度，并且控制LED光源長時間工作后不發(fā)光衰減的原理?？梢杂行p少LED光衰。這種設計理念不僅可以減少散熱器的數(shù)量和成本，還可以增加芯片工作電流的承載能力，同時達到減少LED光衰和延長使用壽命的目的，這是一項多項成就的設計革命??/div> 〖官方網(wǎng)??>??/a>