Tehnologija LED z belo svetlobo, dolga življenjska doba, visoka moč in nizka poraba energije
V preteklosti je industrija, da bi dosegla polni dobiček žarka, razvila veliko velikost in s to metodo poskušala doseči želeni cilj, v resnici pa, ko uporabljena moč bele LED še naprej presega 1 W, žarek se bo zmanjšal, svetlobna učinkovitost pa se bo relativno zmanjšala za 20 ~ 30 odstotkov. Z drugimi besedami, če je svetlost belih LED nekajkrat večja od svetilnosti tradicionalnih LED in naj bi značilnosti porabe energije presegle tiste pri fluorescenčnih sijalkah, je treba najprej odpraviti naslednje štiri glavne težave: a. zatiranje dviga temperature; b. zagotavljanje življenjske dobe; c. izboljšanje svetlobne učinkovitosti d. Izenačenje svetlobnih lastnosti.
Posebna metoda za problem dviga temperature je zmanjšanje toplotne impedance paketa; posebna metoda za ohranjanje življenjske dobe LED je izboljšanje oblike čipa in uporaba majhnega čipa; posebna metoda za izboljšanje svetlobne učinkovitosti LED je izboljšanje strukture čipa in uporaba majhnega čipa; kar zadeva enotne svetlobne lastnosti. Posebna metoda je izboljšati način pakiranja LED. Na splošno velja, da naj bi bele LED diode sprejele zgoraj omenjene ukrepe v letih 2005–2006.
Razvoj Jingweija za povečanje moči bo povzročil, da bo toplotna impedanca paketa močno padla pod 10K/W. Zato so tuja podjetja razvila bele LED diode, odporne na visoke temperature, da bi poskušale izboljšati zgornje težave. Vendar pa je dejanska kurilna vrednost več desetkrat višja kot pri LED diodah z nizko močjo. Zgoraj in zvišanje temperature bo tudi močno zmanjšalo svetlobno učinkovitost. Tudi če tehnologija embalaže omogoča visoko toploto, lahko temperatura lepljenja LED čipa preseže dovoljeno vrednost. Končno je industrija končno spoznala, da je rešitev problema odvajanja toplote embalaže temeljna rešitev.
Kar zadeva življenjsko dobo LED, na primer, uporaba silikonskih tesnilnih materialov in keramičnih embalažnih materialov lahko podaljša življenjsko dobo LED za 10 odstotkov, zlasti svetlobni spekter belih LED vsebuje kratkovalovno svetlobo z valovnimi dolžinami pod 450 nm, tradicionalni epoksi tesnilni materiali iz smole. Kratkovalovna svetloba se zelo zlahka poškoduje. Velika količina svetlobe močnih belih LED diod pospešuje kvarjenje tesnilnih materialov. Glede na rezultate testov v industriji se je svetlost močnih belih LED diod zmanjšala za več kot polovico za manj kot 10,000 ur neprekinjene osvetlitve, ki ne more zadovoljiti vira svetlobe. Osnovne zahteve za dolgo življenjsko dobo.
Kar zadeva svetlobno učinkovitost LED, lahko izboljšanje strukture čipa in strukture embalaže doseže enako raven kot bele LED diode z nizko močjo. Glavni razlog je v tem, da ko se gostota toka poveča za več kot 2-krat, ni le težko izločiti svetlobo iz velikih čipov, ampak bo to vodilo do svetlobne učinkovitosti. Ni tako dobra kot dilema belih LED z majhno močjo. Če se izboljša elektrodna struktura čipa, je zgoraj omenjeni problem ekstrakcije svetlobe teoretično mogoče rešiti.
V zvezi z enakomernostjo svetlobnih značilnosti je splošno prepričanje, da dokler se izboljša enakomernost koncentracije fosfornega materiala bele LED diode, mora biti tehnologija izdelave fosforja sposobna premagati zgornje težave.
Kot je navedeno zgoraj, je treba ob povečanju uporabljene moči poskušati zmanjšati toplotno impedanco in izboljšati problem odvajanja toplote. Posebne vsebine so:
①Zmanjšajte toplotno odpornost od čipa do paketa
②Zatirajte toplotno impedanco iz embalaže v tiskano vezje
③Izboljšajte gladkost odvajanja toplote čipa
Da bi zmanjšali toplotno impedanco, mnogi tuji proizvajalci LED namestijo LED čipe na površino hladilnikov iz bakra in keramike, nato pa uporabljajo metode spajkanja za povezavo žic za odvajanje toplote na tiskanem vezju z uporabo hladilnih ventilatorjev. Na hladilnih rebrih s prisilnim zračnim hlajenjem se glede na eksperimentalne rezultate OSRAM Opto Semiconductors Gmb v Nemčiji lahko toplotno impedanco od LED čipa do spajkalnega spoja zgornje strukture zmanjša za 9K/W, kar je približno 1/ 6 tradicionalne LED diode, pakirana LED pa uporablja 2 W Ko je moč visoka, je temperatura lepljenja LED čipa za 18 K višja od temperature spajkalnega spoja. Tudi če se temperatura tiskanega vezja dvigne na 500C, je temperatura vezanja največ približno 700C. Nasprotno, ko se toplotna impedanca zmanjša, bo temperatura vezave LED čipa višja. Na vpliv temperature tiskanega vezja je treba poskusiti znižati temperaturo LED čipa, z drugimi besedami, zmanjšati toplotno upornost od LED čipa do spajkajočega spoja, kar lahko učinkovito zmanjša breme hlajenja LED čip. Nasprotno, tudi če ima bela LED strukturo, ki zavira toplotni upor, če toplote ni mogoče prenesti iz embalaže v tiskano vezje, bo svetlobna učinkovitost LED močno padla zaradi zvišanja temperature LED. Podjetje kapsulira 1 mm kvadratno modro LED na keramični substrat v obliki flip čipa, nato pa prilepi keramični substrat na površino bakrenega tiskanega vezja. Po podatkih Panasonica je toplotna impedanca celotnega modula, vključno s tiskanim vezjem, približno 15K/W. približno
Ker oprijem med plavutjo za odvajanje toplote in tiskanim vezjem neposredno vpliva na učinek toplotne prevodnosti, postane zasnova tiskanega vezja zelo zapletena. Glede na to so proizvajalci svetlobne opreme in LED embalaže, kot sta Lumi v ZDA in CITIZEN na Japonskem, zaporedoma razvili LED diode visoke moči. Z uporabo preproste tehnologije odvajanja toplote lahko beli LED paket, ki ga je CITIZEN začel vzorčiti leta 2004, neposredno odvaja toploto reber za odvajanje toplote z debelino približno 2 ~ 3 mm na zunanjo stran brez posebne tehnologije lepljenja. Po navedbah podjetja, čeprav je vezava LED čipov, toplotna impedanca 30K/W od točke do hladilnega rebra večja od 9K/W OSRAM-a, sobna temperatura pa bo povečala toplotno impedanco za približno 1 W pri običajnem okolje, a tudi če tradicionalno tiskano vezje nima hladilnega ventilatorja za prisilno zračno hlajenje, lahko belo svetlobo uporabljamo tudi za neprekinjeno osvetlitev.
Visoko zmogljiv LED čip, ki ga je Lumileds začel vzorčiti leta 2005, ima višjo temperaturo vezave plus 1850C, kar je 600C višja kot pri izdelkih drugih podjetij na isti ravni. Pri uporabi tradicionalnega paketa tiskanega vezja RF4 se lahko temperatura okolja vnese v razponu 400C, kar ustreza 1,5 W močnemu toku (približno 400 mA).
Kot že omenjeno, sta se Lumileds in CITIZEN odločila za povečanje dovoljene temperature stičišča, medtem ko je OSRAM iz Nemčije postavil LED čip na površino rebra za odvajanje toplote, da doseže ultra nizek rekord toplotne impedance 9K/W, kar je višja od toplotne impedance OSRAM-ovega prejšnjega razvoja podobnih izdelkov. 40-odstotno znižanje. Omeniti velja, da je LED modul zapakiran z uporabo iste metode flip chip kot tradicionalna metoda, vendar ko je LED modul pritrjen na termično plavut, se kot vezna površina izbere svetlobna plast, ki je najbližja LED čipu, tako, da oddaja svetlobo. Toplota plasti se lahko razprši s prevodnostjo na najkrajši razdalji.
Leta 2003 je Toshiba Lighting Co., Ltd. nekoč položil belo LED s svetlobno učinkovitostjo 60lm/W nizko toplotno impedanco na površino aluminijeve zlitine površine 400 mm kvadrata, brez posebnih komponent za odvajanje toplote, kot so hladilni ventilatorji, in poskušal izdelati LED modul z snopom 300lm. Ker ima Toshiba Lighting Co., Ltd. Z bogatimi izkušnjami s poskusno proizvodnjo, je podjetje dejalo, da je zaradi napredka tehnologije simulacijske analize mogoče enostavno uporabljati bele LED diode, ki presegajo 60lm/W po letu 2006, je mogoče toplotno prevodnost okvirja zmanjšati. izboljšano ali pa je mogoče svetlobno opremo oblikovati s prisilnim zračnim hlajenjem s hladilnimi ventilatorji. Struktura modula, ki ne zahteva posebne hladilne tehnologije, lahko uporablja tudi bele LED diode.
V zvezi z dolgo življenjsko dobo LED diod so trenutni protiukrepi, ki jih izvajajo proizvajalci LED, sprememba tesnilnega materiala in istočasno razpršitev fluorescenčnega materiala v tesnilnem materialu, zlasti silikonski tesnilni material je boljši od tesnilnega materiala iz epoksidne smole nad tradicionalnim modri in skoraj ultravijolični LED čipi. Učinkoviteje je zavirati hitrost kvarjenja materiala in zmanjšanje prepustnosti svetlobe.
Ker je odstotek epoksidne smole, ki absorbira svetlobo z valovno dolžino 400 ~ 450 nm, kar 45 odstotkov, je silikonski tesnilni material manjši od 1 odstotka, čas za prepolovitev svetlosti epoksidne smole pa je manj kot 10,{{ 5}} ur, silikonski tesnilni material pa se lahko podaljša na približno 40,000 ur, kar je skoraj enako konstrukcijski življenjski dobi svetlobne opreme, kar pomeni, da belih LED ni treba zamenjati med uporabo svetlobne opreme. Vendar je silikonska smola zelo elastičen in mehak material, zato je treba med obdelavo uporabiti proizvodno tehnologijo, ki ne opraska površine silikonske smole. Poleg tega se silikonska smola med postopkom zlahka pritrdi na prah. Zato je treba razviti tehnologije, ki lahko v prihodnosti izboljšajo lastnosti površine.
Čeprav lahko silikonski tesnilni material zagotovi življenjsko dobo LED diod 40,000 ur, ima industrija svetlobne opreme drugačne poglede. Glavna razprava je, da je življenjska doba tradicionalnih žarnic z žarilno nitko in fluorescenčnih sijalk opredeljena kot "svetilnost, zmanjšana na 30 odstotkov ali manj". Če je čas razpolovitve LED diod 40,000 ur, če je svetlost zmanjšana na manj kot 30 odstotkov, ostane le še približno 20,000 ur. Trenutno obstajata dva protiukrepa za podaljšanje življenjske dobe komponent, in sicer:
1. Preprečite celoten dvig temperature belih LED;
2. Nehajte uporabljati inkapsulacijo smole.
Na splošno velja, da je s temeljitim izvajanjem zgornjih dveh ukrepov za podaljšanje življenjske dobe mogoče doseči zahtevo po 30-odstotni svetlosti za 40,000 ur. Za zatiranje dviga temperature belih LED lahko uporabimo metodo hlajenja tiskanega vezja LED embalaže. Glavni razlog je, da se embalažna smola hitro pokvari pod visokim temperaturnim stanjem in močnim svetlobnim obsevanjem. Po Arrheniusovem zakonu se življenjska doba podaljša za 2-krat, če se temperatura zniža za 100C.
Prenehanje uporabe inkapsulacije s smolo lahko popolnoma odpravi faktor poslabšanja, ker se svetloba, ki jo ustvari LED, odbija v kapsulacijski smoli. Če uporabite reflektor iz smole, ki lahko spremeni smer svetlobe na strani čipa, bo reflektor absorbiral svetlobo, zato bo količina odvzete svetlobe ostra. To je glavni razlog, zakaj proizvajalci LED dosledno uporabljajo keramične in kovinske embalažne materiale.
Obstajata dva načina za izboljšanje svetlobne učinkovitosti belih LED čipov. Ena je uporaba velikega LED čipa s površino, ki je 10-krat večja od površine majhnega čipa (približno 1 mm2); Enojni modul. Čeprav lahko velik LED čip pridobi velik žarek, bo povečanje površine čipa imelo slabosti, kot so neenakomerna električna meja svetlobne plasti v čipu, omejeni deli, ki oddajajo svetlobo, in resno slabljenje svetlobe, ki nastane v čipu. ko se izžareva navzven. Kot odgovor na zgornje težave so proizvajalci LED dosegli svetlobno učinkovitost 50lm/W z izboljšanjem strukture elektrod, z uporabo metode pakiranja flip čipa in integracijo spretnosti obdelave površine čipa.
Glede električne enakosti celotnega čipa, odkar so se pred dvema ali tremi leti pojavile glavičaste in mrežaste (mrežaste) elektrode p-tipa, se število proizvajalcev, ki uporabljajo to metodo, še naprej povečuje, elektrode pa so tudi razvijati v smeri optimizacije.
Kar zadeva način pakiranja flip chip, ker je svetlobna plast blizu konca embalaže, je enostavno oddajati toploto, svetloba iz plasti, ki oddaja svetlobo, pa se oddaja navzven, ne da bi jo ščitile elektrode. Zato sta ameriški Lumileds in Japonska Toyoda Gosei uradno sprejela metodo pakiranja flip chip. Leta 2005 so temu sledili tudi Matsushita Electric, Matsushita Electric Works in Toshiba, ki je začela množično proizvodnjo obsežnih LED diod. Nichia, ki je v preteklosti uporabljala embalažo za vezavo žice, in 50lm/W LED diode, specifične za stranke, ki so bile izdane leta 2004, so uporabljale tudi embalažo s preklopnim čipom.
Kar zadeva površinsko obdelavo čipa, lahko prepreči, da bi se svetloba odbila od notranjosti čipa na zunanjo stran čipa, da bi se odbila na vmesniku. Po navedbah japonskega proizvajalca LED pri preklopni embalaži čipa, če je konkavno-konveksna struktura nameščena na safirni substrat na delu za ekstrakcijo svetlobe, ekstrakcija zunanje strani čipa ne bo prišlo. Žar se lahko poveča za 30 odstotkov.
