Bijelo svjetlo LED dugovječnost, visoka snaga i tehnologija niske potrošnje energije
U prošlosti, kako bi ostvarila punu dobit od snopa, industrija je razvila veliku veličinu i pokušala postići željeni cilj ovom metodom, ali u stvari, kada primijenjena snaga bijele LED diode nastavi da prelazi 1W, snop će se smanjiti, a svjetlosna efikasnost će biti relativno smanjena za 20~30 posto. Drugim riječima, ako je svjetlina bijelih LED dioda nekoliko puta veća od svjetline tradicionalnih LED dioda i karakteristike potrošnje energije treba da nadmaše one fluorescentnih sijalica, sljedeća četiri glavna problema moraju se prvo riješiti: a. suzbijanje porasta temperature; b. osiguranje radnog vijeka; c. poboljšanje svjetlosne efikasnosti d. Izjednačavanje svjetlosnih svojstava.
Specifična metoda za problem porasta temperature je smanjenje toplotne impedancije paketa; specifična metoda održavanja životnog vijeka LED-a je poboljšanje oblika čipa i korištenje malog čipa; specifična metoda za poboljšanje svjetlosne efikasnosti LED-a je poboljšanje strukture čipa i korištenje malog čipa; što se tiče ujednačenih svjetlosnih karakteristika Specifična metoda je poboljšanje metode pakovanja LED-a. Općenito se vjeruje da se očekuje da će bijele LED diode usvojiti gore navedene mjere u 2005-2006.
Razvoj Jingweija za povećanje snage će uzrokovati da termička impedancija paketa naglo padne ispod 10K/W. Stoga su strane kompanije razvile bijele LED diode otporne na visoke temperature kako bi pokušale poboljšati gore navedene probleme. Međutim, stvarna kalorijska vrijednost je desetine puta veća od one kod LED dioda male snage. Gore navedeno i porast temperature će također uvelike smanjiti svjetlosnu efikasnost. Čak i ako tehnologija pakovanja dozvoljava visoku toplotu, temperatura lepljenja LED čipa može premašiti dozvoljenu vrednost. Konačno, industrija je konačno shvatila da je rješavanje problema odvođenja topline ambalaže osnovno rješenje.
Što se tiče vijeka trajanja LED dioda, na primjer, upotreba silikonskih materijala za brtvljenje i keramičkih materijala za pakovanje može produžiti vijek trajanja LED dioda za 10 posto, posebno svjetlosni spektar bijelih LED dioda sadrži svjetlo kratkih valova s valnim dužinama ispod 450nm, tradicionalni epoksid materijali za brtvljenje od smole. Vrlo je lako oštetiti se svjetlošću kratkih valova. Velika količina svjetlosti bijelih LED dioda velike snage ubrzava propadanje materijala za brtvljenje. Prema rezultatima ispitivanja industrije, osvjetljenje bijelih LED dioda velike snage smanjeno je za više od pola za manje od 10,000 sati neprekidnog osvjetljenja, što ne može zadovoljiti izvor svjetlosti. Osnovni zahtjevi za dug vijek trajanja.
Što se tiče svjetlosne efikasnosti LED dioda, poboljšanje strukture čipa i strukture pakovanja može dostići isti nivo kao i bijele LED diode male snage. Glavni razlog je taj što kada se gustina struje poveća za više od 2 puta, ne samo da je teško izvući svjetlost iz velikih čipova, već će to dovesti do svjetlosne efikasnosti. Nije tako dobro kao dilema belih LED dioda male snage. Ako se poboljša struktura elektrode čipa, gore spomenuti problem ekstrakcije svjetlosti teoretski može biti riješen.
Što se tiče ujednačenosti svjetlosnih karakteristika, općenito se vjeruje da sve dok se ujednačenost koncentracije fosfornog materijala bijele LED diode poboljšava, tehnologija proizvodnje fosfora treba biti u stanju da prevaziđe gore navedene probleme.
Kao što je već spomenuto, uz povećanje primijenjene snage, potrebno je pokušati smanjiti termičku impedanciju i poboljšati problem disipacije topline. Specifični sadržaji su:
①Smanjite toplotni otpor od čipa do pakovanja
②Smanjite termičku impedanciju od pakovanja do štampanog kola
③Poboljšajte glatkoću odvođenja toplote čipa
Kako bi smanjili termičku impedanciju, mnogi strani proizvođači LED dioda postavljaju LED čipove na površinu hladnjaka od bakra i keramičkih materijala, a zatim koriste metode lemljenja za povezivanje žica za rasipanje topline na tiskanoj ploči za korištenje ventilatora za hlađenje. Na rashladnim rebrima sa prinudnim vazdušnim hlađenjem, prema eksperimentalnim rezultatima OSRAM Opto Semiconductors Gmb u Nemačkoj, toplotna impedansa od LED čipa do lemnog spoja gore navedene strukture može se smanjiti za 9K/W, što je oko 1/ 6 tradicionalne LED diode, a upakovana LED dioda primjenjuje 2W Kada je snaga visoka, temperatura spajanja LED čipa je 18K viša od temperature spoja za lemljenje. Čak i ako temperatura štampane ploče poraste na 500C, temperatura vezivanja je najviše oko 700C. Nasuprot tome, kada se termička impedansa smanji, temperatura spajanja LED čipa će biti viša. Pod uticajem temperature štampane ploče, potrebno je pokušati smanjiti temperaturu LED čipa, drugim rečima, smanjenjem toplotnog otpora od LED čipa do lemnog spoja, što može efikasno smanjiti teret hlađenja LED čipa. LED čip. Suprotno tome, čak i ako bijela LED dioda ima strukturu koja potiskuje toplinski otpor, ako se toplina ne može prenijeti od paketa do tiskane ploče, svjetlosna efikasnost LED diode će naglo pasti kao rezultat povećanja temperature LED. Kompanija inkapsulira 1mm kvadratni plavi LED na keramičku podlogu u obliku flip čipa, a zatim zalijepi keramičku podlogu na površinu bakarne štampane ploče. Prema Panasonic-u, termička impedansa cijelog modula uključujući i štampanu ploču je oko 15K/W. o.
Budući da prianjanje između rebra za rasipanje toplote i štampane ploče direktno utiče na efekat toplotne provodljivosti, dizajn štampane ploče postaje veoma komplikovan. S obzirom na to, proizvođači rasvjetne opreme i LED ambalaže kao što su Lumi u Sjedinjenim Državama i CITIZEN u Japanu sukcesivno su razvijali LED diode velike snage. Koristeći jednostavnu tehnologiju odvođenja toplote, bijeli LED paket koji je CITIZEN počeo uzorkovati 2004. godine može direktno ispuštati toplinu toplotnih peraja debljine oko 2~3 mm prema van bez posebne tehnologije vezivanja. Prema kompaniji, iako je vezivanje LED čipova, toplotna impedancija od 30K/W od tačke do rashladnog rebra veća je od 9K/W OSRAM-a, a sobna temperatura će povećati toplotnu impedanciju za oko 1W u normalnom režimu. okruženje, ali čak i ako tradicionalna štampana ploča nema ventilator za prinudno hlađenje vazduha, belo svetlo se takođe može koristiti za neprekidno osvetljenje.
LED čip velike snage koji je Lumileds počeo da uzorkuje 2005. godine ima višu temperaturu vezivanja od plus 1850C, što je 600C više nego kod proizvoda drugih kompanija na istom nivou. Kada se koristi tradicionalni paket štampanih ploča RF4, temperatura okoline se može uneti u opsegu od 400C što je ekvivalentno struji snage 1,5W (oko 400mA).
Kao što je gore spomenuto, Lumileds i CITIZEN su usvojili povećanje dozvoljene temperature spoja, dok je OSRAM iz Njemačke postavio LED čip na površinu rebra za rasipanje topline kako bi se postigao ultra-niski rekord termičke impedance od 9K/W, što je veća od termičke impedancije OSRAM-ovog prethodnog razvoja sličnih proizvoda. Smanjenje od 40 posto. Vrijedi spomenuti da je LED modul pakiran korištenjem iste flip chip metode kao i tradicionalna metoda, ali kada je LED modul vezan za termalno pero, sloj koji emituje svjetlost najbliži LED čipu se bira kao površina za spajanje, tako da se svjetlost emituje. Toplota sloja se može raspršiti vođenjem na najkraćoj udaljenosti.
2003. godine, Toshiba Lighting Co., Ltd. je jednom postavila bijelu LED diodu sa svjetlosnom efikasnošću od 60lm/W niske termičke impedancije na površinu od legure aluminija površine 400 mm kvadrata, bez posebnih komponenti za rasipanje topline kao što su ventilatori za hlađenje, i pokušao napraviti LED modul sa snopom od 300lm. Budući da Toshiba Lighting Co., Ltd. ima bogato iskustvo u probnoj proizvodnji, kompanija je rekla da se zbog napretka tehnologije simulacijske analize, bijele LED diode koje prelaze 60lm/W nakon 2006. godine mogu lako koristiti, toplotna provodljivost okvira može biti poboljšana, ili rasvjetna oprema može biti projektovana sa prinudnim hlađenjem zraka pomoću ventilatora za hlađenje. Struktura modula koja ne zahtijeva posebnu tehnologiju hlađenja može koristiti i bijele LED diode.
Što se tiče dugovečnosti LED dioda, trenutne kontramjere koje poduzimaju proizvođači LED dioda su promjena materijala za brtvljenje i istovremeno raspršivanje fluorescentnog materijala u zaptivnom materijalu, posebno silikonski zaptivni materijal je bolji od brtvenog materijala od epoksidne smole iznad tradicionalnog. plavi i skoro ultraljubičasti LED čipovi. Efikasnije je suzbiti brzinu propadanja materijala i smanjenje propusnosti svjetlosti.
Budući da je postotak epoksidne smole koja apsorbira svjetlost talasne dužine od 400~450nm čak 45 posto, silikonski zaptivni materijal je manji od 1 posto, a vrijeme za prepolovljenje svjetline epoksidne smole je manje od 10,{{ 5}} sati, a silikonski zaptivni materijal se može produžiti na oko 40,000 sati, što je skoro isto kao i projektovani vijek trajanja rasvjetne opreme, što znači da bijele LED diode nije potrebno mijenjati tokom upotrebe rasvjetne opreme. Međutim, silikonska smola je vrlo elastičan i mekan materijal, te se prilikom obrade mora koristiti tehnologija proizvodnje koja ne ogrebe površinu silikonske smole. Osim toga, silikonska smola se lako vezuje za prašinu tokom procesa. Stoga je potrebno razviti tehnologije koje mogu poboljšati karakteristike površine u budućnosti.
Iako silikonski zaptivni materijal može osigurati vijek trajanja LED dioda od 40,000 sati, industrija rasvjetne opreme ima različite poglede. Glavna rasprava je da se vijek trajanja tradicionalnih žarulja sa žarnom niti i fluorescentnih sijalica definira kao "svjetlina smanjena na 30 posto ili manje". Ako je vrijeme prepolovljenja LED dioda 40,000 sati, ako se osvjetljenje smanji na manje od 30 posto, preostaje samo oko 20,000 sati. Trenutno postoje dvije protumjere za produženje vijeka trajanja komponenti, a to su:
1. Suzbijanje ukupnog porasta temperature bijelih LED dioda;
2. Prestanite koristiti inkapsulaciju smole.
Općenito se vjeruje da ako se gornje dvije mjere produženja životnog vijeka temeljno implementiraju, može se postići zahtjev od 30 posto svjetline za 40,000 sati. Za suzbijanje porasta temperature bijelih LED dioda može se koristiti metoda hlađenja štampane ploče LED ambalaže. Glavni razlog je taj što će se smola za pakovanje brzo pokvariti pod visokim temperaturama i jakim svjetlosnim zračenjem. Prema Arrheniusovom zakonu život će se produžiti 2 puta ako se temperatura smanji za 100C.
Zaustavljanje upotrebe inkapsulacije smolom može u potpunosti eliminirati faktor propadanja, jer se svjetlost koju generiše LED reflektuje u smoli za inkapsulaciju. Ako koristite reflektor od smole koji može promijeniti smjer svjetlosti na bočnoj strani čipa, reflektor će apsorbirati svjetlost, tako da će količina svjetlosti biti oštra. To je glavni razlog zašto proizvođači LED dioda dosljedno koriste keramičke i metalne materijale za pakovanje.
Postoje dva načina da se poboljša svjetlosna efikasnost bijelih LED čipova. Jedan je korištenje velikog LED čipa čija je površina 10 puta veća od površine malog čipa (oko 1 mm2); Jedan modul. Iako veliki LED čip može da dobije veliki snop, povećanje površine čipa imaće nedostatke, kao što su neravnomerna električna granica sloja koji emituje svetlost u čipu, ograničeni delovi koji emituju svetlost i ozbiljno slabljenje svetlosti generisane unutar čipa kada se zrači napolje. Kao odgovor na gore navedene probleme, proizvođači LED dioda postigli su svjetlosnu efikasnost od 50lm/W poboljšanjem strukture elektrode, usvajanjem metode flip chip pakovanja i integracijom vještina obrade površine čipa.
Što se tiče električne jednakosti čitavog čipa, od pojave češljastih i mrežastih (mrežastih) elektroda p-tipa prije dvije-tri godine, broj proizvođača koji koriste ovu metodu nastavlja da raste, a elektrode su također razvija u pravcu optimizacije.
Što se tiče metode flip chip pakovanja, pošto je sloj koji emituje svetlost blizu kraja pakovanja, lako je emitovati toplotu, a svetlost iz sloja koji emituje svetlost se emituje napolje bez problema da bude zaštićena elektrodama. Stoga su američki Lumileds i Japan Toyoda Gosei službeno usvojili metodu flip chip pakovanja. 2005. Matsushita Electric, Matsushita Electric Works i Toshiba, koji su započeli masovnu proizvodnju velikih LED dioda, također su slijedili ovaj primjer. Nichia, koja je u prošlosti koristila ambalažu za spajanje žice, i LED diode od 50lm/W koje su specifične za kupca objavljene 2004. godine, također je koristila flip chip ambalažu.
Što se tiče površinske obrade čipa, može spriječiti reflektiranje svjetlosti od unutrašnjosti čipa prema vanjskoj strani čipa da se ne reflektira na interfejsu. Prema japanskom proizvođaču LED dioda, kada se preokrene pakovanje čipa, ako je konkavno-konveksna struktura postavljena na safirnu podlogu na dijelu za ekstrakciju svjetlosti, neće doći do izvlačenja vanjske strane čipa. Širina se može povećati za 30 posto.
