Valge valgusega LED-i pikaealisuse, suure võimsuse ja väikese energiatarbimise tehnoloogia
Varem on tööstus tala täieliku kasumi teenimiseks välja töötanud suured mõõtmed ja püüdnud selle meetodiga soovitud eesmärki saavutada, kuid tegelikult, kui valge LED-i võimsus ületab jätkuvalt 1 W, valgusvihk väheneb ja valgusefektiivsus väheneb suhteliselt 20–30 protsenti. Teisisõnu, kui valgete LED-ide heledus on mitu korda suurem kui tavalistel LED-idel ja energiatarbimise näitajad peaksid ületama luminofoorlampide oma, tuleb kõigepealt lahendada järgmised neli peamist probleemi: a. temperatuuri tõusu pärssimine; b. tööea tagamine; c. valgusefektiivsuse parandamine d. Valgusomaduste võrdsustamine.
Temperatuuritõusu probleemi spetsiifiline meetod on pakendi soojustakistuse vähendamine; LED-i kasutusea säilitamise spetsiifiline meetod on kiibi kuju parandamine ja väikese kiibi kasutamine; LED-i valgustõhususe parandamise spetsiifiline meetod on kiibi struktuuri parandamine ja väikese kiibi kasutamine; ühtsete valgusomaduste osas Spetsiifiline meetod on LED-i pakkimismeetodi täiustamine. Üldiselt arvatakse, et valged LED-id võtavad ülalnimetatud meetmed kasutusele aastatel 2005–2006.
Jingwei arendamine võimsuse suurendamiseks põhjustab paketi soojustakistuse järsu langemise alla 10K/W. Seetõttu on välismaised ettevõtted ülaltoodud probleemide lahendamiseks välja töötanud kõrge temperatuurikindlad valged LED-id. Tegelik kütteväärtus on aga kümneid kordi kõrgem kui väikese võimsusega LED-idel. Ülaltoodu ja temperatuuri tõus vähendavad oluliselt ka valgustugevust. Isegi kui pakendamistehnoloogia võimaldab kõrget kuumust, võib LED-kiibi sidumistemperatuur ületada lubatud väärtust. Lõpuks mõistis tööstus lõpuks, et pakendi soojuse hajumise probleemi lahendamine on põhiline lahendus.
Seoses LED-ide kasutusiga võib näiteks ränist tihendusmaterjalide ja keraamiliste pakkematerjalide kasutamine pikendada LED-ide kasutusiga 10 protsenti, eriti valgete LED-ide valgusspekter sisaldab lühikese lainepikkusega valgust lainepikkusega alla 450nm, traditsioonilist epoksiidi. vaigu tihendusmaterjalid Lühilainepikkusega valgus saab väga kergesti kahjustada. Võimsate valgete LED-ide suur valgushulk kiirendab tihendusmaterjalide riknemist. Tööstuse katsetulemuste kohaselt on suure võimsusega valgete LED-ide heledus vähenenud enam kui poole võrra vähem kui 10,000 tunni pideva valgustuse korral, mis ei suuda valgusallikat rahuldada. Pika eluea põhinõuded.
LED-ide valgusefektiivsuse osas võib kiibi struktuuri ja pakendistruktuuri parandamine jõuda samale tasemele kui väikese võimsusega valged LED-id. Peamine põhjus seisneb selles, et kui voolutihedust suurendatakse rohkem kui 2 korda, ei ole mitte ainult raske suurtelt kiipidelt valgust eraldada, vaid see toob kaasa ka valgustõhususe. See pole nii hea kui väikese võimsusega valgete LED-ide dilemma. Kui kiibi elektroodide struktuuri parandada, saab ülalmainitud valguse eraldamise probleemi teoreetiliselt lahendada.
Seoses helendusomaduste ühtsusega arvatakse üldiselt, et seni, kuni valge LED-i luminofoormaterjali kontsentratsiooni ühtlus paraneb, peaks fosfori tootmistehnoloogia olema võimeline ülaltoodud probleeme ületama.
Nagu eespool mainitud, tuleb rakendatava võimsuse suurendamise ajal püüda vähendada soojustakistust ja parandada soojuse hajumise probleemi. Konkreetne sisu on järgmine:
①Vähendage soojustakistust kiibilt pakendini
② Vähendage soojustakistust pakendilt trükkplaadile
③ Parandage kiibi soojuse hajumise sujuvust
Soojustakistuse vähendamiseks panevad paljud välismaised LED-tootjad vasest ja keraamilistest materjalidest jahutusradiaatorite pinnale LED-kiipe ning seejärel ühendavad trükkplaadil olevad soojuseraldusjuhtmed jahutusventilaatorite kasutamisega jootmismeetoditega. Sundõhkjahutusega jahutusribidel saab Saksamaal asuva ettevõtte OSRAM Opto Semiconductors Gmb katsetulemuste kohaselt LED-kiibi ja ülaltoodud konstruktsiooni jooteühenduse soojustakistust vähendada 9K/W võrra, mis on umbes 1/ 6 traditsioonilise LED-i ja pakendatud LED rakendab 2W Kui võimsus on suur, on LED-kiibi liimimistemperatuur 18K kõrgem kui jootekoha oma. Isegi kui trükkplaadi temperatuur tõuseb 500C-ni, on liimimistemperatuur maksimaalselt vaid umbes 700C. Seevastu kui soojustakistus on vähenenud, on LED-kiibi sidumistemperatuur kõrgem. Trükkplaadi temperatuuri mõjul on vaja püüda vähendada LED-kiibi temperatuuri, teisisõnu vähendada soojustakistust LED-kiibist jootekohani, mis võib tõhusalt vähendada kiibi jahutamise koormust. LED kiip. Ja vastupidi, isegi kui valgel LED-il on soojustakistust summutav struktuur, siis kui soojust ei saa pakendist trükkplaadile juhtida, langeb LED-i valgusefektiivsus järsult LED-i temperatuuri tõusu tõttu. LED. Ettevõte kapseldab keraamilisele substraadile 1 mm ruudukujulise sinise LED-i flip-kiibi kujul ja kleebib seejärel keraamilise substraadi vasest trükkplaadi pinnale. Panasonicu andmetel on kogu mooduli soojustakistus koos trükkplaadiga umbes 15K/W. umbes.
Kuna soojuse hajumise ribi ja trükkplaadi vaheline adhesioon mõjutab otseselt soojusjuhtivuse efekti, muutub trükkplaadi disain väga keeruliseks. Seda silmas pidades on valgustusseadmete ja LED-pakendite tootjad nagu Lumi Ameerika Ühendriikides ja CITIZEN Jaapanis järjest välja töötanud suure võimsusega LED-e. Lihtsat soojuse hajumise tehnoloogiat kasutades suudab valge LED-pakett, mida CITIZEN 2004. aastal proovima hakkas, eraldama umbes 2–3 mm paksuste soojuseraldusribide soojust otse väljapoole ilma spetsiaalse sidumistehnoloogiata. Ettevõtte sõnul on LED-kiipide ühendamisel soojustakistus 30K/W punktist jahutusribi suurem kui OSRAM-i 9K/W ja toatemperatuur suurendab soojustakistust umbes 1W võrra tavalises keskkond, kuid isegi kui traditsioonilisel trükkplaadil pole sundõhu jahutamiseks jahutusventilaatorit, on valge tuli Seda saab kasutada ka pidevaks valgustamiseks.
Suure võimsusega LED-kiibil, mida Lumileds hakkas proovima 2005. aastal, on kõrgem liimimistemperatuur pluss 1850C, mis on 600C kõrgem kui teiste ettevõtete samal tasemel toodetel. Traditsioonilise RF4 trükkplaadipaketi kasutamisel saab ümbritseva õhu temperatuuri sisestada vahemikus 400C, mis vastab 1,5W võimsusvoolule (umbes 400mA).
Nagu eespool mainitud, on Lumileds ja CITIZEN võtnud kasutusele ristmiku lubatud temperatuuri tõstmise, samas kui Saksamaa OSRAM on seadnud LED-kiibi soojuse hajumise ribi pinnale, et saavutada ülimadala soojustakistuse rekord 9K/W, mis on kõrgem kui OSRAMi varasemate sarnaste toodete väljatöötatud soojustakistus. 40 protsenti vähendamist. Tasub mainida, et LED-moodul on pakendatud sama klappkiibi meetodil nagu traditsioonilisel meetodil, kuid kui LED-moodul on ühendatud termilise ribiga, valitakse liimimispinnaks LED-kiibile lähim valgust kiirgav kiht. et muuta valgust kiirgavaks Kihi soojust saab hajutada juhtivuse teel kõige lühema vahemaa tagant.
2003. aastal pani Toshiba Lighting Co., Ltd. kunagi 400 mm ruudukujulisele alumiiniumsulamist pinnale valge LED-i, mille valgusefektiivsus oli 60 lm/W, madala soojustakistusega, ilma spetsiaalsete soojust hajutavate komponentideta, nagu jahutusventilaatorid, ja püüdis teha LED moodul valgusvihuga 300lm. Kuna Toshiba Lighting Co., Ltd.-l on rikkalik katsetootmise kogemus, ütles ettevõte, et tänu simulatsioonianalüüsi tehnoloogia edenemisele saab pärast 2006. aastat hõlpsasti kasutada valgeid LED-e, mille võimsus ületab 60 lm/W, saab raami soojusjuhtivust vähendada. täiustatud või saab valgustusseadmeid projekteerida jahutusventilaatorite sundõhujahutusega. Spetsiaalset jahutustehnoloogiat mittevajav moodulkonstruktsioon võib kasutada ka valgeid LED-e.
Seoses LED-ide pikaealisusega on LED-tootjate praegused vastumeetmed tihendusmaterjali muutmine ja samal ajal fluorestseeruva materjali hajutamine tihendusmaterjalis, eriti räni tihendusmaterjal on parem kui epoksüvaigust tihendusmaterjal, mis ületab traditsioonilist. sinised ja peaaegu ultraviolettkiirgusega LED-kiibid. Tõhusam on pärssida materjali riknemise kiirust ja valguse läbilaskvuse vähenemist.
Kuna lainepikkusega 400–450 nm valgust neelava epoksüvaigu osakaal on kuni 45 protsenti, on räni tihendusmaterjal alla 1 protsendi ja epoksüvaigu heleduse poole võrra vähenemise aeg on alla 10,{{ 5}} tundi ja räni tihendusmaterjali saab pikendada umbes 40,000 tunnini, mis on peaaegu sama kui valgustusseadmete projekteeritud eluiga, mis tähendab, et valgeid LED-e ei ole vaja vahetada valgustusseadmete kasutamise ajal. Silikoonvaik on aga väga elastne ja pehme materjal ning töötlemisel tuleb kasutada tootmistehnoloogiat, mis ei kriibi silikoonvaigu pinda. Lisaks kinnitub silikoonvaik protsessi käigus kergesti tolmu külge. Seetõttu on vaja välja töötada tehnoloogiad, mis võimaldavad tulevikus pinnaomadusi parandada.
Kuigi räni tihendusmaterjal võib tagada LED-ide kasutusea 40,000 tundi, on valgustusseadmete tööstusel erinevad seisukohad. Peamine arutelu on selle üle, et traditsiooniliste hõõglampide ja luminofoorlampide kasutusiga on määratletud kui "heledust vähendatud kuni 30 protsendini". Kui LED-ide poolitamise aeg on 40,000 tundi, kui heledus on vähendatud alla 30 protsendi, on jäänud ainult umbes 20,000 tundi. Praegu on komponentide kasutusea pikendamiseks kaks vastumeedet, nimelt:
1. Vähendage valgete LED-ide üldist temperatuuritõusu;
2. Lõpetage vaigu kapseldamise kasutamine.
Üldiselt arvatakse, et kui ülaltoodud kaks eluea pikendamise meedet on põhjalikult rakendatud, on võimalik saavutada 30% heleduse nõue 40 000 tunni jooksul. Valgete LED-ide temperatuuritõusu mahasurumiseks saab kasutada LED-pakendite trükkplaadi jahutamise meetodit. Peamine põhjus on see, et pakkevaik rikneb kiiresti kõrge temperatuuri ja tugeva valguse käes. Arrheniuse seaduse järgi pikeneb eluiga 2 korda, kui temperatuuri alandada 100C võrra.
Vaiguga kapseldamise kasutamise lõpetamine võib halvendusteguri täielikult kõrvaldada, kuna LED-i tekitatud valgus peegeldub kapslivaigus. Kui kasutate vaigust reflektorit, mis suudab kiibi küljel valguse suunda muuta, neelab helkur valguse, mistõttu väljavõetav valguse hulk on terav. See on peamine põhjus, miks LED-tootjad kasutavad järjekindlalt keraamilisi ja metallist pakkematerjale.
Valgete LED-kiipide valgusefektiivsuse parandamiseks on kaks võimalust. Üks on kasutada suurt LED-kiipi, mille pindala on 10 korda suurem kui väikesel kiibil (umbes 1 mm2); Üks moodul. Kuigi suur LED-kiip suudab saada suure valgusvihu, on kiibi pindala suurendamisel puudusi, nagu kiibi valgust kiirgava kihi ebaühtlane elektriline piir, piiratud valgust kiirgavad osad ja kiibi sees tekkiva valguse tõsine nõrgenemine. kui see kiirgab väljapoole. Vastuseks ülaltoodud probleemidele on LED-tootjad saavutanud valgusefektiivsuse 50 lm/W, parandades elektroodi struktuuri, võttes kasutusele klappkiibi pakendamise meetodi ja integreerides kiibi pinnatöötlusoskusi.
Mis puudutab kogu kiibi elektrilist võrdsust, siis alates kammikujuliste ja võrgukujuliste (võrk) p-tüüpi elektroodide ilmumisest kaks-kolm aastat tagasi on seda meetodit kasutavate tootjate arv jätkuvalt kasvanud ning ka elektroodid on arenevad optimeerimise suunas.
Seoses klappkiibiga pakendamise meetodiga, kuna valgust kiirgav kiht on pakendi otsa lähedal, on seda lihtne soojust eraldada ja valgust kiirgavast kihist kiirgab valgus väljapoole, ilma et oleks vaja elektroodidega varjestada. Seetõttu on USA Lumileds ja Jaapan Toyoda Gosei ametlikult kasutusele võtnud flip chip pakendamise meetodi. 2005. aastal järgisid eeskuju ka suuremahuliste LED-ide masstootmist alustanud Matsushita Electric, Matsushita Electric Works ja Toshiba. Nichia, mis kasutas varem traadiga liimimispakendeid, ja 2004. aastal välja lastud 50 lm/W kliendispetsiifilised LED-id kasutasid samuti flip chip pakendeid.
Seoses kiibi pinnatöötlusega võib see takistada valguse peegeldumist kiibi seest kiibi välisküljele, et peegelduda liidesel. Jaapani LED-tootja sõnul ei toimu flip-kiibi pakendamise korral kiibi välispinna väljatõmbamist, kui safiirsubstraadile asetatakse valguse eemaldamise osa juures nõgus-kumer struktuur. Tala saab suurendada 30 protsenti.
