【正文】 同時(shí)，對(duì)四年來(lái)一直給予我關(guān)心和幫助的微電子技術(shù)系全體老師和同學(xué)表示衷心的感謝！感謝我的父母和家人的支持。，并且自己制作了一個(gè)散熱器并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，證明了其有效性。通過(guò)平均平面照度法計(jì)算了其光通量及發(fā)光效率，證明了此方法在光源光通量計(jì)算上的可行性及實(shí)用性。 33 結(jié) 論 6 結(jié) 論本論文對(duì)LED應(yīng)用于照明光源做了一些研究工作，包括光源的組裝與測(cè)試。熱量的傳遞方式有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種，對(duì)LED光源，由于其工作溫度不是很高（一般要求125℃），熱輻射散熱可以忽略，因此其一、二環(huán)節(jié)主要以傳導(dǎo)方式散熱，第三環(huán)節(jié)則以對(duì)流散熱為主。據(jù)有關(guān)資料分析，LED光源大約70%的故障來(lái)自于LEDs的溫度過(guò)高，并且在負(fù)載為額定功率的一半的情況下，溫度每升高20℃，故障率就上升一倍。因此，實(shí)際應(yīng)用中的LED照明燈必須有聚光罩，并且該聚光罩還應(yīng)具有較高的透明性和反射性。圖415 根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算表明，LED照明燈有一定的超壓工作潛力，并且能夠在該電壓下安全工作。合適的光學(xué)元件能讓燈具在一定的高度時(shí)，被照面照度均勻，無(wú)亮度分界線感覺(jué)。因?yàn)長(zhǎng)ED原始的發(fā)光角度是180176。首先將1W和3W的LED切筋、整形，按照組合光源設(shè)計(jì)要求，焊接到剪裁好的MCPCB上。圖413為AMC7150驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED燈時(shí)的電路圖。該芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅為有個(gè)控制電路和一個(gè)時(shí)鐘電路，并且控制電路通過(guò)一個(gè)MOS管輸出。圖411。目前市場(chǎng)上有專門(mén)針對(duì)電池供電、驅(qū)動(dòng)多個(gè)大功率LED的IC，,主要應(yīng)用于手電筒照明. AMC7135能以350mA恒定電流輸出推動(dòng)1W的高功率LED,達(dá)到穩(wěn)定亮度、,并具有輸出短路/開(kāi)路保護(hù)與內(nèi)建過(guò)熱保護(hù)裝置,適合應(yīng)用在要求體積小與密閉空間的LED手電筒,礦燈。這種方法不消耗電源功率，穩(wěn)定性也比電阻取樣高，是在大負(fù)載電流時(shí)一種較好的取樣方法。解決的辦法一方面是選擇低溫度系數(shù)的電阻材料，且要進(jìn)行嚴(yán)格的熱處理工藝，保證電阻材料性能穩(wěn)定。如果基準(zhǔn)電壓是從比高得多的穩(wěn)壓管上電阻分壓得到，還要選用穩(wěn)定性較好的電阻器， 以減小分壓器對(duì)基準(zhǔn)電壓的影響。所以在引人時(shí)應(yīng)該慎重，應(yīng)盡可能取較大的數(shù)值。但是作為一個(gè)通道來(lái)說(shuō)，對(duì)輸出到負(fù)載的電流以及反饋信號(hào)電流都具有分流作用，對(duì)穩(wěn)流電源的穩(wěn)定性能或多或少會(huì)有影響。它把回路電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并與基準(zhǔn)電壓在誤差放大器中進(jìn)行比較放大，然后將其送至調(diào)整管VT的基極，驅(qū)動(dòng)調(diào)整管VT對(duì)輸出電流變化進(jìn)行補(bǔ)償校正。在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，回路僅存在一個(gè)極小的電流偏差，環(huán)路增益愈大，愈小。——系統(tǒng)對(duì)環(huán)內(nèi)阻G——調(diào)整管VT的跨導(dǎo)K——誤差放大器出壓放大倍數(shù)——采樣電阻——輸入電壓UI變化引起的電流變化——系統(tǒng)開(kāi)環(huán)時(shí)變化電流——經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)在調(diào)整管上轉(zhuǎn)換的電流。想辦法使的阻值穩(wěn)定不變，上電壓降的大小直接隨負(fù)載電流變化。與串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源相比有許多相似的地方，不同的地方主要在取樣部分。由此可知在應(yīng)用這種電路時(shí)，首先要從晶體管手冊(cè)中查出所采用晶體管的飽和壓降數(shù)據(jù)來(lái)，使晶體管集電極與發(fā)射極之間的電壓高于飽和壓降的數(shù)值，否則達(dá)不到穩(wěn)流的目的。圖46 簡(jiǎn)單晶體管穩(wěn)流電路利用晶體管和電子管也可以設(shè)計(jì)穩(wěn)流電源。當(dāng)?shù)扔诹銜r(shí)，就是控制柵極和陰極短路，相當(dāng)于一個(gè)恒流二極管。如果一只恒流管的恒定電流不能滿足負(fù)載電流的需求時(shí)，可以采用圖45所示的電路型式，用兩只或多只恒流管并聯(lián)，這種情況的負(fù)載電流是各個(gè)并聯(lián)恒流管的恒定電流之和，對(duì)于擊穿電壓要取并聯(lián)管的最小值，至于起始電壓應(yīng)取并聯(lián)管的最大值。這里所說(shuō)的最高和最低是指在允許變化的范圍內(nèi)最高界限和最低界限，并非是無(wú)窮大（開(kāi)路）和趨于零（短路）兩種極限。如圖44所示為恒流二極管穩(wěn)流電源電路。直流穩(wěn)流電源與此正好相反。比較理想的白光LED驅(qū)動(dòng)方式是采用恒流源，它能避免白光LED正向電壓改變而造成的電流變動(dòng)，即使用可控制的恒定正向電流，就能提供可控制的恒定顯示亮度。圖42是成本最低的解決方案，它將白光LED串聯(lián)一個(gè)鎮(zhèn)流電阻(RB)，再于電路的兩端加上恒壓源。電源參考電壓和電流檢測(cè)電阻器值決定了LED電流。 因此可產(chǎn)生恒定的LED亮度，無(wú)論正向電流如何變化。但是這些電阻也會(huì)浪費(fèi)功率，降低電路效率。正向電壓變化11％會(huì)導(dǎo)致更大的正向電流變化，達(dá)30％。其實(shí)現(xiàn)方法一般采用一個(gè)電壓電源和一個(gè)鎮(zhèn)流電阻器，如圖42所示。同種LED在恒流驅(qū)動(dòng)下亮度一致，出射光均勻，但恒流電源的獲取比較困難，一般是從恒壓電源變換得到，這降低了整體驅(qū)動(dòng)電路的效率并增加了成本。MCPCB為鋁、環(huán)氧樹(shù)脂和銅箔組成的復(fù)合基板，具有非常高的熱導(dǎo)率，它是將銅箔通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到鋁基板上，然后在銅箔上刻蝕出引線和焊盤(pán)。在照明光源的設(shè)計(jì)中，光效率和光分布均勻性是最重要的兩個(gè)因數(shù)，對(duì)于目前LED照明光源，基于自身的特點(diǎn)，還得特別考慮散熱性能問(wèn)題。LED燈具一般由三部分組成：LED組合光源、驅(qū)動(dòng)電路和光學(xué)透鏡系統(tǒng)。為了探索LED光源的性能及其在組裝上存在的問(wèn)題，我們制備了幾種不同的LED光源，通過(guò)對(duì)燈具設(shè)計(jì)、基板組裝、驅(qū)動(dòng)電路、照度測(cè)試以及成本評(píng)估了解并掌握LED照明光源組裝工藝及性能測(cè)試方法，為進(jìn)一步研究LED光源在通用照明市場(chǎng)上的應(yīng)用做準(zhǔn)備。4 LED照明光源的制備 4 LED照明光源的制備據(jù)行業(yè)分析機(jī)構(gòu)CIR的研究報(bào)告預(yù)測(cè)，全球2008年LED銷售額將逾56億美元，其中大功率LED占據(jù)絕大部分，主要應(yīng)用是普通燈具。除了積分球方法外，LED照明光源的光通量還可通過(guò)照度來(lái)計(jì)算得到，其思路是通過(guò)環(huán)帶分割然后求和的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?？傉斩瓤捎孟率奖硎? 式中—第n個(gè)光源在照度計(jì)算點(diǎn)方向的發(fā)光強(qiáng)度；θn—第n個(gè)光源至照度計(jì)算點(diǎn)連線與光源至照度計(jì)算平面垂線之間夾角的余弦；ln—第n個(gè)光源至照度計(jì)算點(diǎn)的距離。(2)余弦定律如果圖中的P點(diǎn)在水平面H上，則P點(diǎn)的照度為： 式中Iθ—光源在照度計(jì)算點(diǎn)方向的發(fā)光強(qiáng)度；cosθ—光源至照度計(jì)算點(diǎn)的連線與光源至照度計(jì)算平面的垂線之間夾角的余弦；l—光源至照度計(jì)算點(diǎn)的距離。此時(shí)光源的光通量以及在被照工作面上產(chǎn)生的照度是我們?cè)O(shè)計(jì)燈具時(shí)非常關(guān)心的，其計(jì)算對(duì)于燈具的設(shè)計(jì)有著直接的指導(dǎo)作用[41]。對(duì)于組裝后的LED光源，在應(yīng)用于照明時(shí)還需對(duì)其照明性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，這主要包括光通量、照度以及成本等。光通量：通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時(shí)，器件光學(xué)窗口向整個(gè)空間在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的能引起人眼視覺(jué)的輻射通量，單位為流明。反向電壓(Vr)：被測(cè)LED器件通過(guò)的反向電流為確定值時(shí)，兩極間所產(chǎn)生的電壓降。(二)多晶型：(1)紅色LED+藍(lán)色LED+綠色LED通過(guò)將電流控制在適當(dāng)?shù)妮敵龉β时认?，可將紅(AlGaAs)藍(lán)(InGaN)綠(AlInGaP)三原色LED所發(fā)出的光混合成白光，并可通過(guò)電流加以控制調(diào)整其頻譜特性，具有較高的發(fā)光效率且色溫易調(diào)整，但是它要使用三顆LED晶粒，且個(gè)別晶粒材質(zhì)差異很大，因此在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，整體生產(chǎn)成本較高。這是目前最為主要的生產(chǎn)方式，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)容易，且沒(méi)有多晶型生產(chǎn)方式普遍存在的各個(gè)LED晶粒的光衰減率、溫度特性和壽命有差異的缺陷，但是其發(fā)光效率較低，目前約只有為25～35 1m/W，且在高電流工作下，色溫升高的問(wèn)題較為嚴(yán)重。目前LED發(fā)白光的方式比較多，每種方法得到的白光的質(zhì)量也不盡相同。每個(gè)開(kāi)口有5個(gè)涂覆焊料的表面，它們可潤(rùn)濕并連接到LED相應(yīng)鍍金的外形面和硅基板上。硅載體和玻璃包封單元均刻蝕有200微米深的菱臺(tái)形開(kāi)口，這與LED芯片的厚度一致?；旌蠈?duì)位模式自組裝是使用具有特定導(dǎo)向性外形的LED芯片，在基板或芯片相應(yīng)的焊盤(pán)上涂覆粘結(jié)劑，然后將微元件懸浮在載體溶液中，在液體流動(dòng)作用下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自行對(duì)位組裝。最后采用半導(dǎo)體工藝中的金屬化和引線刻蝕等方法完成表面的電互連。外形匹配式自組裝原理簡(jiǎn)單，具有在三維空間內(nèi)高密度組裝、可靠性高和組裝面平整等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景很好。外形匹配式對(duì)位是主要通過(guò)微元件與基板上凹坑的外形對(duì)應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微元件的定向和定位。FSA源于分子生物學(xué)中的電泳技術(shù)，其工藝過(guò)程為：首先批量制造出一定外形的微元件，同時(shí)在基板上刻蝕出相應(yīng)外形的組裝點(diǎn)，并在互連位置涂上焊料；然后將過(guò)量的微元件分散懸浮在特定的載體溶液中，溶液的溫度使焊料處于熔融狀態(tài)；在外力攪拌的作用下，微元件就在基板組裝點(diǎn)周?chē)苿?dòng)，并隨機(jī)地接近某個(gè)對(duì)應(yīng)的組裝點(diǎn)；微元件在自身重力、液態(tài)粘結(jié)材料的毛細(xì)管力和表面張力等的作用下，經(jīng)過(guò)定位、定向而非常精確地連接到組裝點(diǎn)上；最后將沒(méi)有組裝的剩余微元件沖出基板表面，清除掉基板上的溶液。FSA具有并行地、大批量地、高精度地將LED芯片組裝到基板上的能力，而且操作簡(jiǎn)單靈活、散熱性能良好，有望實(shí)現(xiàn)多LED芯片的陣列式封裝?！黧w自組裝功率型LED封裝采用的是大尺寸、高輸入電流的芯片。隨著大功率LED芯片性能的迅速提高，功率型LED的封裝技術(shù)不斷改進(jìn)以適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展，如圖25所示：從開(kāi)始的引線框架式封裝到多芯片陣列組裝，再到如今的3D陣列式封裝，其輸入功率不斷提高，而封裝熱阻顯著降低。芯片輸入功率的提高還帶來(lái)一個(gè)新的問(wèn)題——熱遷移。上述的多芯片封裝技術(shù)有望加速LED照明光源進(jìn)入通用照明市場(chǎng)。成本過(guò)高是LED光源面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。但目前功率型LED封裝還存在一些問(wèn)題有待解決，比如散熱效率低和成本過(guò)高，另外靜電防護(hù)和新出現(xiàn)的無(wú)鉛化互連等問(wèn)題也需注意。2006年2月，美國(guó)OPTEK公司推出了最新型的3D封裝的高亮度LED光源[16]，它的輸入功率為10W，輸出光通量為330流明，而視角則達(dá)到了120度。，近來(lái)出現(xiàn)了多芯片封裝技術(shù)并獲得了很大的發(fā)展。比如40W的白熾燈能發(fā)出約600流明的光通量，而一個(gè)40W的普通熒光燈發(fā)出的光通量超過(guò)3000流明。，并在焊接電極陰線后用透明環(huán)氧材料包封，如“食人魚(yú)”式封裝。2 LED2 LED的封裝與組裝2 LED的封裝與組裝LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來(lái)的，但是作為發(fā)光器件，LED的封裝又有自己的特點(diǎn)：LED封裝不但要完成電信號(hào)的輸入輸出，保護(hù)芯片在正常的電流下工作，還得維持工作狀態(tài)下芯片的溫度不超過(guò)允許的范圍，這對(duì)于功率型LED的封裝來(lái)說(shuō)顯得尤為重要；另外封裝結(jié)構(gòu)和材料要有利于提高出光效率，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)電性能和發(fā)光效率的最優(yōu)化。隨著發(fā)光效率的提高和輸入功率的增加，高亮度LED已進(jìn)入景觀照明明領(lǐng)域，并逐漸向通用照明市場(chǎng)發(fā)展。107米的黃綠光視見(jiàn)率的比稱為該波長(zhǎng)的相對(duì)視見(jiàn)率。了解光度學(xué)中相關(guān)的參數(shù)是光源計(jì)量與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?？萍疾俊皣?guó)家半導(dǎo)體照明工程”計(jì)劃2007年半導(dǎo)體照明逐步取代白熾燈，2012年后取代熒光燈。圖13 Haitz預(yù)測(cè)的LED性能與價(jià)格發(fā)展趨勢(shì)LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域，涉及到材料器件研制、散熱設(shè)計(jì)、光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、封裝材料以及測(cè)試方法等眾多科技領(lǐng)域。目前單顆高亮度白光LED芯片的發(fā)光效率已超過(guò)50lm/W，而輸入功率則超過(guò)3W。世界三大照明工業(yè)巨頭通用電氣（GE）、飛利浦（Philips）和歐斯朗(OSRAM)集團(tuán)都已經(jīng)啟動(dòng)了大規(guī)模商用開(kāi)發(fā)計(jì)劃，紛紛與半導(dǎo)體公司合作或進(jìn)行并購(gòu)，成立半導(dǎo)體照明企業(yè)：全球最大的照明光源廠商Philips ，成立了Lumileds公司致力于白光LED研發(fā)工作，其Luxeon系列高亮度LED已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，生產(chǎn)的芯片尺寸為1平方毫米、功率為1w和5w的白光LED光通量分別達(dá)到45lm和180lm；美國(guó)Cree、德國(guó)Siemens光電公司與Osram GmbH聯(lián)合，進(jìn)行白光LED光源的開(kāi)發(fā)研究工作；日本的Toshiba和Honda也進(jìn)行LED聯(lián)合研發(fā)等。其研究項(xiàng)目包括以GaN為研究材料的白光LED，藍(lán)、綠光激光二極管及高功率電子組件三大領(lǐng)域。為了指導(dǎo)LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，美國(guó)光電工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)（OIDA）制定了相應(yīng)的技術(shù)路線圖，計(jì)劃到2020年，將LED的發(fā)光效率提高到200lm/W，而照明成本降低到3美元，如下表。整個(gè)計(jì)劃的財(cái)政預(yù)算為60億日元。此后國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)對(duì)高亮度LED器件中存在的散熱、光衰和顯色指數(shù)的控制等重大問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，獲得了很大的進(jìn)步，其發(fā)光效率迅速提高，高亮度LED顯示出在照明領(lǐng)域的巨大潛力。 LED照明現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)LED的研制起始于上世紀(jì)六十年代，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其出光顏色的種類、芯片尺寸、發(fā)光效率、輸入功率和封裝結(jié)構(gòu)等都有了很大的飛躍。圓形燈按直徑分為φ2mm,φ5mm,φ8mm,φ10mm及φ20mm等。這樣整個(gè)可見(jiàn)光波譜內(nèi)的單色LED已經(jīng)完整，能夠滿足各種單色發(fā)光的應(yīng)用場(chǎng)所。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=650nm），在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明， lm/W。G可靠耐用：沒(méi)有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，非正常報(bào)廢的可能性很小，維護(hù)費(fèi)用極為低廉。C光色純：與白熾燈全頻段光譜不同，典型的LED光譜狹窄，發(fā)出的光線很純。與傳統(tǒng)人工照明光源相比，LED照明光源具有很多優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮螅篈發(fā)光效率高：基于特別的材料構(gòu)成，在電子轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，LED釋放的能量主要集中在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，不像鎢絲燈發(fā)出的電磁能很多集中在紅外線區(qū)，令人感覺(jué)到非常熱。圖11 LED發(fā)光原理圖為了獲得高的發(fā)光效率，需要保證以下幾點(diǎn)：無(wú)輻射復(fù)合的壽命要長(zhǎng)于輻射復(fù)合的壽命，為此需要提高少子的密度；要使晶體中的缺陷密度盡可能少而使注入的載流子密度高，一般是把帶隙寬度小的發(fā)光層夾到禁帶寬度大的層內(nèi)，制成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖12所示。在熱平衡狀態(tài)下存在著熱激發(fā)與載流子間復(fù)合的平衡。在p層中電子較少而存在大量的空穴，反之在n層中，空穴較少而存在大量的電子。因此，作為一種新型綠色照明