Beyaz ışık LED uzun ömürlü, yüksek güç ve düşük güç tüketimi teknolojisi
Geçmişte ışından tam kar elde etmek için sektör büyük bir boyut geliştirmiş ve bu yöntemle istenilen amaca ulaşmaya çalışılmış, ancak aslında beyaz LED'in uygulanan gücü 1W'ı geçmeye devam ettiğinde, ışın azalacak ve ışık verimliliği nispeten yüzde 20~30 oranında azalacaktır. Diğer bir deyişle, beyaz LED'lerin parlaklığı geleneksel LED'lerinkinden birkaç kat daha fazlaysa ve güç tüketimi özellikleri floresan lambalarınkini geçecekse, öncelikle aşağıdaki dört ana sorunun üstesinden gelinmesi gerekir: a. sıcaklık artışını bastırmak; b. hizmet ömrünün sağlanması; c. ışık veriminin arttırılması d. Işık özelliklerinin eşitlenmesi.
Sıcaklık artışı sorunu için özel yöntem, paketin termal empedansını azaltmaktır; LED'in hizmet ömrünü korumanın özel yöntemi, çipin şeklini iyileştirmek ve küçük bir çip kullanmaktır; LED'in ışık verimliliğini artırmanın özel yöntemi, çip yapısını iyileştirmek ve küçük bir çip kullanmaktır; tek tip ışık özelliklerine gelince Özel yöntem, LED'in paketleme yöntemini geliştirmektir. Genel olarak beyaz LED'lerin 2005~2006'da yukarıda belirtilen önlemleri benimsemesinin beklendiğine inanılmaktadır.
Gücü artırmak için Jingwei'nin geliştirilmesi, paketin termal empedansının 10K/W'ın altına keskin bir şekilde düşmesine neden olacaktır. Bu nedenle, yabancı şirketler yukarıdaki sorunları iyileştirmeye çalışmak için yüksek sıcaklığa dayanıklı beyaz LED'ler geliştirdiler. Ancak gerçek kalorifik değer, düşük güçlü LED'lerinkinden onlarca kat daha yüksektir. Yukarıdakiler ve sıcaklık artışı da ışık verimini büyük ölçüde azaltacaktır. Paketleme teknolojisi yüksek ısıya izin verse bile LED çipinin yapıştırma sıcaklığı izin verilen değeri aşabilir. Sonunda endüstri, ambalajın ısı dağılımı sorununu çözmenin temel çözüm olduğunu anladı.
LED'lerin hizmet ömrü ile ilgili olarak, örneğin, silikon sızdırmazlık malzemeleri ve seramik ambalaj malzemelerinin kullanılması LED'lerin hizmet ömrünü yüzde 10 artırabilir, özellikle beyaz LED'lerin ışık spektrumu, dalga boyları 450 nm'nin altında olan kısa dalga boylu ışık, geleneksel epoksi içerir. reçine sızdırmazlık malzemeleri Kısa dalga boylu ışıktan zarar görmesi çok kolaydır. Yüksek güçlü beyaz LED'lerin büyük miktarda ışığı, sızdırmazlık malzemelerinin bozulmasını hızlandırır. Endüstrinin test sonuçlarına göre, ışık kaynağını tatmin edemeyen 10,000 saatten daha az sürekli aydınlatma için yüksek güçlü beyaz LED'lerin parlaklığı yarıdan fazla azaldı. Uzun ömür için temel gereksinimler.
LED'lerin ışık verimliliği ile ilgili olarak, çip yapısını ve paketleme yapısını iyileştirmek, düşük güçlü beyaz LED'lerle aynı seviyeye ulaşabilir. Bunun ana nedeni, akım yoğunluğu 2 kattan fazla artırıldığında, büyük yongalardan ışığın çıkarılmasının zor olmasının yanı sıra, ışık verimliliğine de yol açacaktır. Düşük güçlü beyaz LED'lerin ikilemi kadar iyi değil. Çipin elektrot yapısı iyileştirilirse yukarıda bahsedilen ışık çıkarma sorunu teorik olarak çözülebilir.
Işık özelliklerinin tekdüzeliği ile ilgili olarak, genellikle, beyaz LED'in fosfor malzemesinin konsantrasyonunun tekdüzeliği geliştirildiği sürece, fosfor üretim teknolojisinin yukarıdaki sorunların üstesinden gelebileceğine inanılmaktadır.
Yukarıda bahsedildiği gibi, uygulanan gücü arttırırken termal empedansı düşürmeye çalışmak ve ısı yayılım problemini iyileştirmeye çalışmak gerekir. Belirli içerikler şunlardır:
①Çipten pakete termal direnci azaltın
②Paketten baskılı devreye termal empedansı bastırın
③Çipin ısı dağılımının düzgünlüğünü iyileştirin
Termal empedansı azaltmak için birçok yabancı LED üreticisi, bakır ve seramik malzemelerden yapılmış ısı alıcıların yüzeyine LED çipleri yerleştirir ve ardından baskılı devre kartı üzerindeki ısı dağıtma tellerini soğutma fanlarının kullanımına bağlamak için lehimleme yöntemlerini kullanır. Almanya'da OSRAM Opto Semiconductors Gmb'nin deneysel sonuçlarına göre, cebri hava soğutmalı soğutma kanatlarında, LED çipinden yukarıdaki yapının lehim bağlantısına kadar olan termal empedans 9K/W, yani yaklaşık 1/W azaltılabilir. Geleneksel LED'in 6'sı ve paketlenmiş LED 2W uygular Güç yüksek olduğunda, LED çipinin yapıştırma sıcaklığı lehim ekleminden 18 K daha yüksektir. Baskılı devre kartının sıcaklığı 500C'ye yükselse bile, yapıştırma sıcaklığı en fazla 700C civarındadır. Tersine, termal empedans bir kez düştüğünde, LED çipinin bağlanma sıcaklığı daha yüksek olacaktır. Baskılı devre kartının sıcaklığından etkilenen, LED çipinin sıcaklığını düşürmeye çalışmak, başka bir deyişle, LED çipinden lehim bağlantısına termal direnci azaltmak, bu da soğutma yükünü etkili bir şekilde azaltabilir. LED çipi. Tersine, beyaz LED ısıl direnci bastıran bir yapıya sahip olsa bile, ambalajdan baskılı devre kartına ısı iletilemiyorsa, sıcaklığın artması sonucu LED'in ışık verimi keskin bir şekilde düşecektir. NEDEN OLMUŞ. Şirket, seramik alt tabaka üzerindeki 1 mm kare mavi LED'i flip chip şeklinde kapsüller ve ardından seramik alt tabakayı bakır baskılı devre kartının yüzeyine yapıştırır. Panasonic'e göre, baskılı devre kartı dahil tüm modülün termal empedansı yaklaşık 15K/W'dir. hakkında.
Isı yayma kanatçığı ile baskılı devre kartı arasındaki yapışma, ısı iletim etkisini doğrudan etkilediğinden, baskılı devre kartının tasarımı çok karmaşık hale gelir. Bunun ışığında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Lumi ve Japonya'daki CITIZEN gibi aydınlatma ekipmanı ve LED ambalaj üreticileri, art arda yüksek güçlü LED'ler geliştirdiler. CITIZEN'in 2004 yılında örneklemeye başladığı beyaz LED paketi, basit ısı dağıtma teknolojisini kullanarak, özel yapıştırma teknolojisi olmadan, yaklaşık 2~3 mm kalınlığındaki ısı dağıtma kanatçıklarının ısısını doğrudan dışarıya boşaltabilir. Şirkete göre, LED çiplerinin bağlanmasına rağmen, noktadan soğutma kanadına 30K/W'lik termal empedans, OSRAM'ın 9K/W'sinden daha büyüktür ve oda sıcaklığı, normal bir durumda termal empedansı yaklaşık 1W artıracaktır. çevre, ancak geleneksel baskılı devre kartında cebri hava soğutması için soğutma fanı olmasa bile, beyaz ışık Sürekli aydınlatma için de kullanılabilir.
Lumileds'in 2005 yılında örneklemeye başladığı yüksek güçlü LED çipi, aynı seviyedeki diğer şirketlerin ürünlerinden 600C daha yüksek olan artı 1850C'lik daha yüksek bir yapışma sıcaklığına sahip. Geleneksel RF4 baskılı devre kartı paketini kullanırken, ortam sıcaklığı, 1,5W güç akımına (yaklaşık 400mA) eşdeğer 400C aralığında girilebilir.
Yukarıda bahsedildiği gibi, Lumileds ve CITIZEN, bağlantının izin verilen sıcaklığını artırmayı benimserken, Almanya'dan OSRAM, 9K/W'lık ultra düşük bir termal empedans kaydı elde etmek için LED çipini ısı yayma kanadının yüzeyine yerleştirdi. OSRAM'ın daha önce geliştirdiği benzer ürünlerin termal empedansından daha yüksektir. yüzde 40 azalma. LED modülünün geleneksel yöntemle aynı flip chip yöntemi kullanılarak paketlendiğini belirtmekte fayda var, ancak LED modülü termal kanatçığa bağlandığında, yapıştırma yüzeyi olarak LED çipine en yakın ışık yayan katman seçiliyor, Işığın yayılmasını sağlamak için Katmanın ısısı, en kısa mesafe boyunca iletim yoluyla dağıtılabilir.
2003 yılında, Toshiba Lighting Co., Ltd., 400 mm karelik alüminyum alaşımlı yüzey üzerine, soğutma fanları gibi özel ısı dağıtma bileşenleri olmadan 60 lm/W düşük termal empedans ışık verimliliğine sahip beyaz bir LED yerleştirdi ve bir 300lm ışınlı LED modülü. Toshiba Lighting Co., Ltd. deneme üretiminde zengin deneyime sahip olduğundan, şirket, simülasyon analiz teknolojisindeki ilerleme nedeniyle, 2006'dan sonra 60lm/W'ı aşan beyaz LED'lerin kolayca kullanılabileceğini, çerçevenin termal iletkenliğinin değişebileceğini söyledi. geliştirilmiş veya aydınlatma ekipmanı, soğutma fanları ile cebri hava soğutmalı olarak tasarlanabilir. Özel soğutma teknolojisi gerektirmeyen modül yapısında beyaz led de kullanılabilmektedir.
LED'lerin uzun ömürlülüğü ile ilgili olarak, LED üreticileri tarafından alınan mevcut karşı önlemler, sızdırmazlık malzemesini değiştirmek ve aynı zamanda floresan malzemeyi sızdırmazlık malzemesinde dağıtmaktır, özellikle silikon sızdırmazlık malzemesi, geleneksel epoksi reçine sızdırmazlık malzemesinden daha iyidir. mavi ve ultraviyoleye yakın LED çipleri. Malzeme bozulma hızını ve ışık geçirgenliğini azaltmada daha etkilidir.
400~450nm dalga boyuna sahip epoksi reçinenin ışığı absorbe etme yüzdesi yüzde 45 kadar yüksek olduğundan, silikon sızdırmazlık malzemesi yüzde 1'den azdır ve epoksi reçinenin parlaklığını yarıya indirme süresi 10'dan azdır,{{ 5}} saat ve silikon sızdırmazlık malzemesi yaklaşık 40,000 saate kadar uzatılabilir, bu da aydınlatma ekipmanının tasarım ömrüyle hemen hemen aynıdır, bu da beyaz LED'lerin değiştirilmesi gerekmediği anlamına gelir. aydınlatma ekipmanının kullanımı sırasında. Ancak silikon reçine oldukça elastik ve yumuşak bir malzemedir ve işleme sırasında silikon reçinenin yüzeyini çizmeyen bir üretim teknolojisi kullanılmalıdır. Ayrıca silikon reçine işlem sırasında toza kolayca yapışır. Bu nedenle gelecekte yüzey özelliklerini iyileştirebilecek teknolojilerin geliştirilmesi gerekmektedir.
Silikon sızdırmazlık malzemesi, LED'lerin 40,000 saat hizmet ömrünü sağlayabilmesine rağmen, aydınlatma ekipmanı endüstrisinin farklı görüşleri vardır. Ana tartışma, geleneksel akkor lambaların ve flüoresan lambaların kullanım ömrünün "parlaklığın yüzde 30 veya daha azına düşürülmesi" olarak tanımlanmasıdır. LED'lerin yarılanma süresi 40,000 saat ise, parlaklık yüzde 30'un altına düşürülürse, geriye yalnızca yaklaşık 20,000 saat kalır. Bileşenlerin hizmet ömrünü uzatmak için şu anda iki önlem vardır:
1. Beyaz LED'lerin genel sıcaklık artışını bastırın;
2. Reçine kapsüllemeyi kullanmayı bırakın.
Genel olarak, yukarıdaki iki ömür uzatma önleminin tamamen uygulanması halinde, 40,000 saat için yüzde 30 parlaklık gereksiniminin sağlanabileceğine inanılmaktadır. Beyaz LED'lerin sıcaklık artışını bastırmak için LED ambalaj baskılı devre kartını soğutma yöntemi kullanılabilir. Bunun ana nedeni, ambalaj reçinesinin yüksek sıcaklık durumu ve güçlü ışık ışıması altında hızla bozulmasıdır. Arrhenius yasasına göre sıcaklık 100C düşürülürse ömür 2 kat uzar.
LED tarafından üretilen ışık kapsülleme reçinesine yansıdığı için reçine kapsülleme kullanımının durdurulması bozulma faktörünü tamamen ortadan kaldırabilir. Çip tarafında ışığın yönünü değiştirebilen bir reçine reflektörü kullanırsanız, reflektör ışığı emecek ve böylece alınan ışık miktarı keskin olacaktır. LED üreticilerinin sürekli olarak seramik ve metal ambalaj malzemeleri kullanmalarının ana nedeni budur.
Beyaz LED çiplerinin ışık verimini artırmanın iki yolu vardır. Birincisi, küçük bir çipinkinden 10 kat daha büyük (yaklaşık 1 mm2) bir alana sahip büyük bir LED çipi kullanmaktır; Tek modül. Büyük bir LED çipi büyük bir ışın elde edebilmesine rağmen, çip alanının arttırılması çipteki ışık yayan katmanın düzensiz elektriksel sınırı, sınırlı ışık yayan parçalar ve çip içinde üretilen ışığın ciddi şekilde zayıflaması gibi dezavantajlara sahip olacaktır. dışarıya yayıldığında. Yukarıdaki sorunlara yanıt olarak, LED üreticileri elektrot yapısını geliştirerek, flip chip paketleme yöntemini benimseyerek ve çip yüzey işleme becerilerini entegre ederek 50lm/W'lık bir ışık verimliliği elde ettiler.
Tüm çipin elektriksel eşitliği ile ilgili olarak, iki veya üç yıl önce tarak şeklindeki ve ağ şeklindeki (ağ) p tipi elektrotların ortaya çıkmasından bu yana, bu yöntemi kullanan üreticilerin sayısı artmaya devam etti ve elektrotlar da optimizasyon yönünde gelişmektedir.
Flip chip paketleme yöntemi ile ilgili olarak, ışık yayan katman paketin ucuna yakın olduğu için, ısı yayması kolaydır ve ışık yayan katmandan gelen ışık, elektrotlar tarafından korunma sorunu olmadan dışarıya yayılır. Bu nedenle, ABD Lumileds ve Japonya Toyoda Gosei, flip chip paketleme yöntemini resmi olarak benimsemiştir. 2005 yılında Matsushita Electric, Matsushita Electric Works ve büyük ölçekli LED'lerin seri üretimine başlayan Toshiba da bunu izledi. Geçmişte tel yapıştırma ambalajı kullanan Nichia ve 2004'te piyasaya sürülen müşteriye özel 50 lm/W LED'ler de flip chip ambalajı kullandı.
Çipin yüzey işlemesi ile ilgili olarak, çipin içinden çipin dışına yansıtılan ışığın arayüze yansımasını önleyebilir. Bir Japon LED üreticisine göre, flip chip ambalajında, ışık çıkarma kısmında safir substrat üzerine bir içbükey-dışbükey yapı ayarlanırsa, çipin dışının çıkarılması gerçekleşmeyecektir. Kiriş yüzde 30 artırılabilir.
