大功率led照明產(chǎn)品及散熱技術(shù)講義(已改無(wú)錯(cuò)字)
2023-03-12 13:10:38 本頁(yè)面
【正文】 0。設(shè)計(jì)新的芯片結(jié)構(gòu)目標(biāo)是提高取光效率。功率型ＬＥＤ所用的外延材料，雖然其內(nèi)量子效率還需進(jìn)一步提高，但獲得高發(fā)光通量的最大障礙乃是芯片的取光效率低，其原因是半導(dǎo)體與封裝環(huán)氧的折射率相差較大，致使內(nèi)部的全反射臨界角很小。目前，按照常規(guī)理念設(shè)計(jì)的超高亮度ＬＥＤ遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足固體照明所需的光通量。為提高ＬＥＤ的光通量，滿足固體照明的要求，必須采用新的設(shè)計(jì)理念，用倒裝焊新結(jié)構(gòu)來(lái)提高芯片的取光效率，從而獲得較高的光通量。n生產(chǎn)工藝（ 1）金屬有機(jī)化合物汽相淀積（ＭＯＣＶＤ）；（ 2）多量子阱結(jié)構(gòu)；（ 3）倒裝焊接；（ 4）晶片鍵合；（ 5）紋理表面結(jié)構(gòu)；（ 6）動(dòng)態(tài)自適應(yīng)粉涂布量控制。功率型 led產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)如下國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?功率型ＬＥＤ產(chǎn)品已獲市場(chǎng)認(rèn)可，供不應(yīng)求，目前產(chǎn)銷矛盾突出。在技術(shù)路線正確，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，技術(shù)分析可行的前提下，確定合理的生產(chǎn)規(guī)模，其產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。?功率型ＬＥＤ項(xiàng)目是高技術(shù)、高投入、高產(chǎn)出項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上都具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)能力。目前所用功率型ＬＥＤ芯片基本依靠進(jìn)口，如果本國(guó)功率型ＬＥＤ產(chǎn)業(yè)化后產(chǎn)能大幅提高，可以大大減少進(jìn)口，節(jié)省大量外匯，并可打入國(guó)際市場(chǎng)，能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。次級(jí)貼裝示意圖LED特點(diǎn)? 耗電量少，白熾燈的 1/8，熒光燈的 50％；? 發(fā)光效率高，可達(dá)到 50～ 200lm/W；? 體積小，重量輕，穩(wěn)定性好，壽命達(dá) 10萬(wàn)小時(shí)；? 使用低壓電源，安全可靠；? 生產(chǎn)和使用過程中無(wú)污染，有利于環(huán)保。LED被稱為第四代照明光源或綠色光源《廣東省節(jié)能減排科技行動(dòng)計(jì)劃》中，將 LED產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用作為節(jié)能減排的主要任務(wù)之一LED中，約 80％的能量轉(zhuǎn)化為熱能；其光譜中，不包含紅外部分，熱量不能靠輻射散出。 芯片體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，局部熱流密度大，熱量不宜釋放。結(jié)溫與相對(duì)出光率關(guān)系 LED結(jié)溫上升發(fā)光效率降低可靠性差，使用壽命降低發(fā)熱量更大散熱問題是當(dāng)前半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸！ 功率型ＬＥＤ散熱技術(shù)大功率 LED的散熱問題? 例如， 1個(gè) 10W白光 LED若其光電轉(zhuǎn)換效率為 20%，則有 8W的電能轉(zhuǎn)換成熱能，若不加散熱措施，則大功率 LED的器芯溫度會(huì)急速上升，當(dāng)其結(jié)溫（ TJ）上升超過最大允許溫度時(shí)（一般是 150℃ ），大功率 LED會(huì)因過熱而損壞。因此在大功率LED燈具設(shè)計(jì)中，最主要的設(shè)計(jì)工作就是散熱設(shè)計(jì)。散熱技術(shù)? 傳統(tǒng)的指示燈型 LED封裝結(jié)構(gòu)，一般是用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺(tái)上，由金絲完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹脂封裝而成，其熱阻高達(dá)250℃ /W~300℃ /W,新的功率型芯片若采用傳統(tǒng)式的 LED封裝形式，將會(huì)因?yàn)樯岵涣级鴮?dǎo)致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因?yàn)檠杆俚臒崤蛎浰a(chǎn)生的應(yīng)力造成開路而失效。散熱研究發(fā)展?fàn)顩r解決方法：(A)改進(jìn) LED芯片、封裝的結(jié)構(gòu)和材料 。 —— 上游產(chǎn)業(yè)完成(B)系統(tǒng)集成，主要針對(duì)燈具散熱方式，提高換熱功率。 散熱路徑? 熱是從溫度高處向溫度低處散熱。大功率 LED主要的 散熱路徑是 ：管芯 → 散熱墊 → 印制板敷銅層 → 印制板 → 環(huán)境空氣。? 在熱的傳導(dǎo)過程中，各種材料的導(dǎo)熱性能不同，即有不同的熱阻。若管芯傳導(dǎo)到散熱墊底面的熱阻為 RJC（ LED的熱阻） 、散熱墊傳導(dǎo)到 PCB面層敷銅層的熱阻為 RCB、 PCB傳導(dǎo)到環(huán)境空氣的熱阻為 RBA,則從管芯的 結(jié)溫 TJ傳導(dǎo)到 空氣 TA的總熱阻 RJA與各熱阻關(guān)系為：? RJA=RJC+RCB+RBA各熱阻的單位是 ℃/W ?？梢赃@樣理解：熱阻越小，其導(dǎo)熱性能越好，即散熱性能越好。如果 LED的散熱墊與 PCB的敷銅層采用回流焊焊在一起，則 RCB=0，則上式可寫成： RJA=RJC+RBA散熱的計(jì)算公式若結(jié)溫為 TJ、環(huán)境溫度為 TA、 LED的功耗為 PD,則RJA與 TJ、 TA及 PD的關(guān)系為：16
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