Longevidade do LED de luz branca, tecnologia de alta potência e baixo consumo de energia
No passado, para obter o máximo lucro do feixe, a indústria desenvolveu um tamanho grande e tentou atingir o objetivo desejado por esse método, mas, na verdade, quando a potência aplicada do LED branco continua a exceder 1W, o feixe diminuirá e a eficiência luminosa será relativamente reduzida em 20 a 30 por cento. Em outras palavras, se o brilho dos LEDs brancos é várias vezes maior que o dos LEDs tradicionais e as características de consumo de energia devem superar as das lâmpadas fluorescentes, as quatro principais questões a seguir devem ser superadas primeiro: a. suprimir o aumento da temperatura; b. garantindo a vida útil; c. melhorando a eficiência luminosa d. Equalização de propriedades luminosas.
O método específico para o problema do aumento de temperatura é reduzir a impedância térmica do pacote; o método específico para manter a vida útil do LED é melhorar a forma do chip e usar um chip pequeno; o método específico para melhorar a eficiência luminosa do LED é melhorar a estrutura do chip e usar um chip pequeno; quanto às características luminosas uniformes O método específico é melhorar o método de embalagem do LED. Acredita-se que os LEDs brancos devem adotar as medidas acima mencionadas em 2005~2006.
O desenvolvimento do Jingwei para aumentar a potência fará com que a impedância térmica do pacote caia drasticamente abaixo de 10K/W. Portanto, empresas estrangeiras desenvolveram LEDs brancos resistentes a altas temperaturas para tentar melhorar os problemas acima. No entanto, o valor calorífico real é dezenas de vezes maior do que o dos LEDs de baixa potência. O acima, e o aumento da temperatura também reduzirão bastante a eficiência luminosa. Mesmo que a tecnologia de embalagem permita altas temperaturas, a temperatura de ligação do chip LED pode exceder o valor permitido. Finalmente, a indústria finalmente percebeu que resolver o problema de dissipação de calor da embalagem é a solução fundamental.
Em relação à vida útil dos LEDs, por exemplo, o uso de materiais de vedação de silicone e materiais de embalagem de cerâmica pode aumentar a vida útil dos LEDs em 10%, especialmente o espectro luminoso dos LEDs brancos contém luz de comprimento de onda curto com comprimentos de onda abaixo de 450nm, epóxi tradicional materiais de vedação de resina É muito fácil ser danificado pela luz de comprimento de onda curto. A grande quantidade de luz dos LEDs brancos de alta potência acelera a deterioração dos materiais de vedação. De acordo com os resultados dos testes do setor, o brilho dos LEDs brancos de alta potência foi reduzido em mais da metade por menos de 10,000 horas de iluminação contínua, o que não pode satisfazer a fonte de luz. Requisitos básicos para longa vida útil.
Em relação à eficiência luminosa dos LEDs, melhorar a estrutura do chip e a estrutura da embalagem podem atingir o mesmo nível dos LEDs brancos de baixa potência. A principal razão é que, quando a densidade de corrente é aumentada em mais de 2 vezes, não é apenas difícil extrair luz de chips grandes, mas também leva à eficiência luminosa. Não é tão bom quanto o dilema dos LEDs brancos de baixa potência. Se a estrutura do eletrodo do chip for melhorada, o problema de extração de luz acima mencionado pode teoricamente ser resolvido.
Em relação à uniformidade das características luminosas, acredita-se geralmente que, desde que a uniformidade da concentração do material de fósforo do LED branco seja melhorada, a tecnologia de fabricação do fósforo deve ser capaz de superar os problemas acima.
Como mencionado acima, ao aumentar a potência aplicada, é necessário tentar reduzir a impedância térmica e melhorar o problema de dissipação de calor. Os conteúdos específicos são:
①Reduza a resistência térmica do chip ao pacote
②Suprima a impedância térmica do pacote para o circuito impresso
③Melhore a suavidade da dissipação de calor do chip
Para reduzir a impedância térmica, muitos fabricantes de LED estrangeiros colocam chips de LED na superfície dos dissipadores de calor feitos de cobre e materiais cerâmicos e, em seguida, usam métodos de solda para conectar os fios de dissipação de calor na placa de circuito impresso ao uso de ventiladores de resfriamento. Nas aletas de resfriamento com resfriamento a ar forçado, de acordo com os resultados experimentais da OSRAM Opto Semiconductors Gmb na Alemanha, a impedância térmica do chip LED para a junta de solda da estrutura acima pode ser reduzida em 9K/W, que é cerca de 1/ 6 do LED tradicional, e o LED embalado aplica 2W Quando a potência é alta, a temperatura de ligação do chip LED é 18K maior que a da junta de solda. Mesmo que a temperatura da placa de circuito impresso suba para 500C, a temperatura de ligação é de apenas cerca de 700C no máximo. Em contraste, uma vez que a impedância térmica é reduzida, a temperatura de ligação do chip LED será maior. Afetada pela temperatura da placa de circuito impresso, é necessário tentar reduzir a temperatura do chip de LED, ou seja, reduzir a resistência térmica do chip de LED para a junta de solda, o que pode efetivamente reduzir a carga de resfriamento do chip de LED. Por outro lado, mesmo que o LED branco tenha uma estrutura que suprima a resistência térmica, se o calor não puder ser conduzido da embalagem para a placa de circuito impresso, a eficiência luminosa do LED cairá drasticamente como resultado do aumento da temperatura do LED. A empresa encapsula o LED azul quadrado de 1 mm no substrato cerâmico na forma de flip chip e depois cola o substrato cerâmico na superfície da placa de circuito impresso de cobre. De acordo com a Panasonic, a impedância térmica de todo o módulo, incluindo a placa de circuito impresso, é de cerca de 15K/W. cerca de.
Como a adesão entre a aleta de dissipação de calor e a placa de circuito impresso afeta diretamente o efeito de condução de calor, o design da placa de circuito impresso se torna muito complicado. Diante disso, fabricantes de equipamentos de iluminação e embalagens de LED, como Lumi nos Estados Unidos e CITIZEN no Japão, desenvolveram sucessivamente LEDs de alta potência. Usando tecnologia simples de dissipação de calor, o pacote de LED branco que o CITIZEN começou a experimentar em 2004 pode descarregar diretamente o calor das aletas de dissipação de calor com uma espessura de cerca de 2 ~ 3 mm para o exterior sem tecnologia de ligação especial. Segundo a empresa, embora a ligação dos chips de LED A impedância térmica de 30K/W do ponto até a aleta de resfriamento seja maior que os 9K/W da OSRAM, e a temperatura ambiente aumentará a impedância térmica em cerca de 1W em um ambiente, mas mesmo que a placa de circuito impresso tradicional não tenha ventoinha para resfriamento de ar forçado, a luz branca também pode ser usada para iluminação contínua.
O chip LED de alta potência que a Lumileds começou a testar em 2005 tem uma temperatura de ligação mais alta de mais de 1850C, que é 600C mais alta do que a de produtos de outras empresas no mesmo nível. Ao usar o pacote de placa de circuito impresso RF4 tradicional, a temperatura ambiente pode ser inserida dentro da faixa de 400C equivalente a 1,5W de corrente de energia (cerca de 400mA).
Como mencionado acima, Lumileds e CITIZEN adotaram para aumentar a temperatura permitida da junção, enquanto a OSRAM da Alemanha colocou o chip LED na superfície da aleta de dissipação de calor para alcançar um recorde de impedância térmica ultra baixa de 9K/W, que é maior do que a impedância térmica do desenvolvimento anterior de produtos similares da OSRAM. 40 por cento de redução. Vale ressaltar que o módulo de LED é embalado usando o mesmo método de flip chip que o método tradicional, mas quando o módulo de LED é colado à aleta térmica, a camada emissora de luz mais próxima do chip de LED é selecionada como superfície de ligação, de modo a tornar a emissão de luz O calor da camada pode ser dissipado por condução na distância mais curta.
Em 2003, a Toshiba Lighting Co., Ltd. uma vez colocou um LED branco com uma eficiência luminosa de 60lm/W de baixa impedância térmica na superfície da liga de alumínio de 400mm quadrados, sem componentes especiais de dissipação de calor, como ventiladores, e tentou fazer um Módulo LED com um feixe de 300lm. Como a Toshiba Lighting Co., Ltd. tem uma rica experiência em produção experimental, a empresa disse que, devido ao avanço da tecnologia de análise de simulação, LEDs brancos superiores a 60lm/W após 2006 podem ser facilmente usados, a condutividade térmica do quadro pode ser melhorado, ou o equipamento de iluminação pode ser projetado com resfriamento de ar forçado por ventiladores de resfriamento. A estrutura do módulo que não requer tecnologia de resfriamento especial também pode usar LEDs brancos.
Em relação à longevidade dos LEDs, as contramedidas atuais tomadas pelos fabricantes de LED são mudar o material de vedação e ao mesmo tempo dispersar o material fluorescente no material de vedação, especialmente o material de vedação de silicone é melhor que o material de vedação de resina epóxi acima do tradicional chips de LED azul e ultravioleta próximo. É mais eficaz suprimir a velocidade de deterioração do material e a redução da transmitância da luz.
Como a porcentagem de resina epóxi absorvendo luz com um comprimento de onda de 400 ~ 450 nm é tão alta quanto 45 por cento, o material de vedação de silicone é inferior a 1 por cento e o tempo para reduzir pela metade o brilho da resina epóxi é inferior a 10,{{ 5}} horas, e o material de vedação de silicone pode ser estendido para cerca de 40,000 horas, o que é quase o mesmo que a vida útil do projeto do equipamento de iluminação, o que significa que os LEDs brancos não precisam ser substituídos durante a utilização do equipamento de iluminação. No entanto, a resina de silicone é um material altamente elástico e macio, e uma tecnologia de fabricação que não risque a superfície da resina de silicone deve ser utilizada durante o processamento. Além disso, a resina de silicone é facilmente aderida ao pó durante o processo. Portanto, é necessário desenvolver tecnologias que possam melhorar as características da superfície no futuro.
Embora o material de vedação de silicone possa garantir a vida útil dos LEDs por 40,000 horas, o setor de equipamentos de iluminação tem visões diferentes. O principal debate é que a vida útil das lâmpadas incandescentes e fluorescentes tradicionais é definida como "brilho reduzido para 30% ou menos". Se o tempo de redução pela metade dos LEDs for de 40,000 horas, se o brilho for reduzido para menos de 30% , restam apenas cerca de 20,000 horas. Atualmente existem duas contramedidas para prolongar a vida útil dos componentes, a saber:
1. Suprima o aumento geral da temperatura dos LEDs brancos;
2. Pare de usar encapsulamento de resina.
Em geral, acredita-se que, se as duas medidas de extensão de vida acima forem completamente implementadas, o requisito de 30 por cento de brilho por 40,000 horas pode ser alcançado. Para suprimir o aumento de temperatura dos LEDs brancos, o método de resfriamento da placa de circuito impresso da embalagem do LED pode ser usado. A principal razão é que a resina da embalagem se deteriorará rapidamente sob o estado de alta temperatura e forte irradiação de luz. De acordo com a lei de Arrhenius, a vida útil será estendida em 2 vezes se a temperatura for reduzida em 100C.
A interrupção do uso de encapsulamento de resina pode eliminar completamente o fator de deterioração, pois a luz gerada pelo LED é refletida na resina de encapsulamento. Se você usar um refletor de resina que possa mudar a direção da luz na lateral do chip, o refletor absorverá a luz, então a quantidade de luz retirada será nítida. Esta é a principal razão pela qual os fabricantes de LED usam consistentemente materiais de embalagem de cerâmica e metal.
Existem duas maneiras de melhorar a eficiência luminosa dos chips de LED brancos. Uma delas é usar um chip de LED grande com uma área 10 vezes maior que a de um chip pequeno (cerca de 1mm2); Módulo único. Embora um chip de LED grande possa obter um feixe grande, aumentar a área do chip terá desvantagens, como limite elétrico desigual da camada emissora de luz no chip, partes emissoras de luz limitadas e atenuação séria da luz gerada dentro do chip quando é irradiado para o exterior. Em resposta aos problemas acima, os fabricantes de LED alcançaram uma eficiência luminosa de 50lm/W melhorando a estrutura do eletrodo, adotando o método de embalagem flip chip e integrando as habilidades de processamento da superfície do chip.
Em relação à igualdade elétrica de todo o chip, desde o aparecimento dos eletrodos tipo p em forma de pente e malha (malha) há dois ou três anos, o número de fabricantes que usam esse método continuou a aumentar, e os eletrodos também são desenvolvendo-se na direção da otimização.
Em relação ao método de embalagem flip chip, como a camada emissora de luz está próxima à extremidade da embalagem, é fácil emitir calor e a luz da camada emissora de luz é irradiada para o exterior sem o problema de ser protegida por eletrodos. Portanto, a Lumileds dos EUA e a Toyoda Gosei do Japão adotaram oficialmente o método de embalagem flip chip. Em 2005, Matsushita Electric, Matsushita Electric Works e Toshiba, que iniciaram a produção em massa de LEDs em larga escala, também seguiram o exemplo. A Nichia, que usava embalagens de ligação de fio no passado, e LEDs específicos de cliente de 50lm/W lançados em 2004 também usavam embalagens flip chip.
Em relação ao processamento da superfície do chip, ele pode evitar que a luz seja refletida de dentro para fora do chip na interface. De acordo com um fabricante japonês de LED, quando a embalagem do chip flip, se uma estrutura côncava-convexa for colocada no substrato de safira na parte de extração de luz, a extração da parte externa do chip não ocorrerá. O feixe pode ser aumentado em 30%.
