改善散熱結構提升白光led使用壽命

1、改善散熱結構提昇白光LED使用壽命(2007062222:17:08)轉載分類：LED等工業(yè)散熱技術過去LED業(yè)者為了獲利充分的白光LED光束，曾經開發(fā)大尺寸LED晶片試圖藉此方式達成預期目標，不過實際上白光LED的施加電力持續(xù)超過1W以上時光束反而會下降，發(fā)光效率則相對降低2030％，換句話說白光LED的亮度如果要比傳統(tǒng)LED大數倍，消費電力特性希望超越螢光燈的話，就必需先克服下列的四大課題，包括，抑制溫升、確保使用壽命、改善發(fā)光效率

2、，以及發(fā)光特性均等化。有關溫升問題具體方法是降低封裝的熱阻抗；維持LED的使用壽命具體方法，是改善晶片外形、採用小型晶片；改善LED的發(fā)光效率具體方法是改善晶片結構、採用小型晶片；至於發(fā)光特性均勻化具體方法是LED的改善封裝方法，而這些方法已經陸續(xù)被開發(fā)中。■解決封裝的散熱問題才是根本方法解決封裝的散熱問題才是根本方法由於增加電力反而會造成封裝的熱阻抗急遽降至10KW以下，因此國外業(yè)者曾經開發(fā)耐高溫白光LED試圖藉此改善上述問題，然而實

3、際上大功率LED的發(fā)熱量卻比小功率LED高數十倍以上，而且溫升還會使發(fā)光效率大幅下跌，即使封裝技術允許高熱量，不過LED晶片的接合溫度卻有可能超過容許值，最後業(yè)者終於領悟到解決封裝的散熱問題才是根本方法。有關LED的使用壽命，例如改用矽質封裝材料與陶瓷封裝材料，能使LED的使用壽命提高一位數，尤其是白光LED的發(fā)光頻譜含有波長低於450nm短波長光線，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝材料極易被短波長光線破壞，高功率白光LED的大光量更加速封裝材料的劣化

4、，根據業(yè)者測試結果顯示連續(xù)點燈不到一萬小時，高功率白光LED的亮度已經降低一半以上，根本無法滿足照明光源長壽命的基本要求。有關LED的發(fā)光效率，改善晶片結構與封裝結構，都可以達到與低功率白光LED相同水準，主要原因是電流密度提高2倍以上時，不但不容易從大型晶片取出光線，結果反而會示雖然LED晶片的接合點到散熱鰭片的30KW熱阻抗比OSRAM的9KW大，而且在一般環(huán)境下室溫會使熱阻抗增加1W左右，不過即使是傳統(tǒng)印刷電路板無冷卻風扇強制空冷

5、狀態(tài)下，該白光LED模組也可以連續(xù)點燈使用。Lumileds於2005年開始樣品出貨的高功率LED晶片，接合容許溫度更高達1850C，比其它公司同級產品高600C，利用傳統(tǒng)RF4印刷電路板封裝時，周圍環(huán)境溫度400C範圍內可以輸入相當於1.5W電力的電流（大約是400mA）。所以Lumileds與CITIZEN使採取提高接合點容許溫度，德國OSRAM公司則是將LED晶片設在散熱鰭片表面，達成9KW超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM過去開

6、發(fā)同級品的熱阻抗減少40％，值得一提是該LED模組封裝時，採用與傳統(tǒng)方法相同的flipchip方式，不過LED模組與熱鰭片接合時，則選擇最接近LED晶片發(fā)光層作為接合面，藉此使發(fā)光層的熱量能夠以最短距離傳導排放。2003年東芝Lighting曾經在400mm正方的鋁合金表面，鋪設發(fā)光效率為60lmW低熱阻抗白光LED，無冷卻風扇等特殊散熱元件前提下，試作光束為300lm的LED模組，由於東芝Lighting擁有豐富的試作經驗，因此該公司

7、表示由於模擬分析技術的進步，2006年之後超過60lmW的白光LED，都可以輕鬆利用燈具、框體提高熱傳導性，或是利用冷卻風扇強制空冷方式設計照明設備的散熱，不需要特殊散熱技術的模組結構也能夠使用白光LED?！鲎兏庋b材抑制材質劣化與光線穿透率降低的速度變更封裝材抑制材質劣化與光線穿透率降低的速度有關LED的長壽化，目前LED廠商採取的對策是變更封裝材料，同時將螢光材料分散在封裝材料內，尤其是矽質封裝材料比傳統(tǒng)藍光、近紫外光LED晶片上方

8、環(huán)氧樹脂封裝材料，可以更有效抑制材質劣化與光線穿透率降低的速度。由於環(huán)氧樹脂吸收波長為400450nm的光線的百分比高達45％，矽質封裝材料則低於1％，輝度減半的時間環(huán)氧樹脂不到一萬小時，矽質封裝材料可以延長到四萬小時左右，幾乎與照明設備的設計壽命相同，這意味著照明設備使用期間不需更換白光LED。不過矽質樹脂屬於高彈性柔軟材料，加工上必需使用不會刮傷矽質樹脂表面的製作技術，此外製程上矽質樹脂極易附著粉屑，因此未來必需開發(fā)可以改善表面特性