改善散熱結構提升LED使用壽命

時間：2020-01-05

改善散熱結構提升LED使用壽命

編輯：深圳市豐利源光電有限公司時間:2012-06-30 來源:

過去 LED顯示屏生產(chǎn)廠家為了獲利充分的白光 LED 光束，曾經(jīng)開發(fā)大尺寸 LED芯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)**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(shù)倍，消費電力特性希望追趕螢光燈的話，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，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，是改善芯片外形、采用小型芯片；改善 LED 的發(fā)光效率具體方法是改善芯片結構、采用小型芯片；至于發(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(jīng)陸續(xù)被開發(fā)中。

■解決封裝的散熱問題才是根本方法

　　由于增加電力反而會造成封裝的熱阻抗急遽降至 10K/W 以下，因此國外業(yè)者曾經(jīng)開發(fā)耐高溫白光 LED 試圖藉此改善上述問題，然而實際上大功率 LED 的發(fā)熱量卻比小功率 LED 高數(shù)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 芯片的接合溫度卻有可能**過容許值，最后業(yè)者終于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(zhì)封裝材料與陶瓷封裝材料，能使 LED 的使用壽命提高一位數(shù)，尤其是白光 LED 的發(fā)光頻譜含有波長** 450nm 短波長光線，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝材料較易被短波長光線破壞，高功率白光 LED 的大光量較加速封裝材料的劣化，根據(jù)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(jīng)降低一半以上，根本無法滿足照明光源**命的基本要求。

　　有關 LED 的發(fā)光效率，改善芯片結構與封裝結構，都可以達到與低功率白光 LED 相同水平，主要原因是電流密度提高 2 倍以上時，不但不容易從大型芯片取出光線，結果反而會造成發(fā)光效率不如低功率白光 LED 的窘境，如果改善芯片的電極構造，理論上就可以解決上述取光問題。

■設法減少熱阻抗、改善散熱問題

　　有關發(fā)光特性均勻性，一般認為只要改善白光 LED 的螢光體材料濃度均勻性與螢光體的制作技術，應該可以克服上述困擾。如上所述提高施加電力的同時，必需設法減少熱阻抗、改善散熱問題，具體內(nèi)容分別是：降低芯片到封裝的熱阻抗、抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗、提高芯片的散熱順暢性。

　　深圳led顯示屏為了要降低熱阻抗，許多國外 LED 廠商將 LED 芯片設在銅與陶瓷材料制成的散熱鰭片（ heat sink ）表面，接著再用焊接方式將印刷電路板上散熱用導線，連接到利用冷卻風扇強制空冷的散熱鰭片上，根據(jù)德國 OSRAM Opto Semiconductors Gmb 實驗結果證實，上述結構的 LED 芯片到焊接點的熱阻抗可以降低 9K/W ，大約是傳統(tǒng) LED 的 1/6 左右，封裝后的 LED 施加 2W 的電力時， LED 芯片的接合溫度比焊接點高 18K ，即使印刷電路板溫度上升到 500C ，接合溫度**多只有 700C 左右；相較之下以往熱阻抗一旦降低的話， LED 芯片的接合溫度就會受到印刷電路板溫度的影響，如此一來必需設法降低 LED 芯片的溫度，換句話說降低 LED 芯片到焊接點的熱阻抗，可以有效減輕 LED 芯片降溫作業(yè)的負擔。反過來說即使白光 LED 具備抑制熱阻抗的結構，如果熱量無法從封裝傳導到印刷電路板的話， LED 溫度上升的結果發(fā)光效率會急遽下跌，因此松下電工開發(fā)印刷電路板與封裝一體化技術，該公司將 1mm 正方的藍光 LED 以 flip chip 方式封裝在陶瓷基板上，接著再將陶瓷基板粘貼在銅質(zhì)印刷電路板表面，根據(jù)松下表示包含印刷電路板在內(nèi)模塊整體的熱阻抗大約是 15K/W 左右。

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