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简略介绍高亮LED芯片结构及封装技能

发布时间:2022-07-23 23:48:52 来源:米乐m6官网

  )具有发光功率高、寿数长、指向性高级许多优势,日益遭到业界喜爱而被用于通用照明(General Lighting)商场。

  LED照明运用要加速遍及,短期内仍有来自本钱、技能、规范等层面的问题有必要战胜,技能方面,包含色温、显色性和功率进步等问题,仍有待进一步改进。

  而LED在通用照明商场的运用触及多方面的要求,须从体系的视点去考虑,如LED光源、电源转化、驱动操控、散热和光学等。

  现在,LED芯片技能的开展要害在于基底资料和晶圆成长技能。基底资料除了传统的蓝宝石资料、硅(Si)、碳化硅(SiC)以外,氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等也是当时研讨的焦点。无论是要点照明和全体照明的大功率芯片,仍是用于装修照明和一些简略辅佐照明的小功率芯片,技能进步的要害均环绕怎么研宣布更高功率、更安稳的芯片。

  因此,进步LED芯片的功率成为进步LED照明全体技能指标的要害。在短短数年内,凭借芯片结构、外表粗化、多量子阱结构规划等一系列技能的改进,LED在发光功率呈现重大突破,LED芯片结构的开展如图1所示。信任跟着该技能的不断老练,LED量子功率将会得到进一步的进步,LED芯片的发光功率也会随之攀升。

  薄膜芯片技能(Thinfilm)是出产超亮LED芯片的要害技能,可以削减侧向的出光丢失,经过底部反射面可以使得超越97%的光从正面输出(图2),不只大大进步LED发光功率,也简易透镜的规划。

  单颗芯片封装是封装技能中运用最多的,其首要的技能瓶颈在于芯片的良率、色温的操控及荧光粉的涂敷技能,而欧司朗光电半导体的Golden DRAGON Plus LED,选用硅胶封装,其封装外型及内部扼要结构如图3所示。

  该LED具有170度的光束角,能抱负地合作二次光学透镜或反光杯,其硅胶透镜有着耐高温及低衰减的特性。共同的封装规划进一步进步LED的散热功能,使产品的热阻操控在每瓦6.5℃左右,有助于下降热阻。别的,荧光粉的特定制造使LED的色温掩盖冷白、中性白和暖白规模。单芯片封装的优势在于光效高、易于散热、易配光及可靠性。

  多芯片整合组件是现在大功率LED组件最常见的另一种封装方法,可区分为小功率和大功率芯片整合组件两类,前者以六颗低功率芯片整合的1瓦大功率LED组件最典型,此类组件的优势在于本钱较低,是现在不少大功率组件的首要制造途径。大功率芯片结合以OSTAR SMT系列为代表,其封装外型如图4所示,

  经过优化规划,可使终究产品的热阻操控在每瓦3.1℃,一起可以驱动高达15瓦的高功率。该封装的优势在于在很小的空间内到达很高的光通量。

  COB技能沿袭传统半导体技能,即直接将LED芯片固定在印刷电路板(PCB)上。运用该技能,现在已有厚度仅达0.3毫米以下的LED。因为LED芯片直接与PCB板触摸,添加导热面积,散热问题得以改进。此封装方法多以小功率芯片为主。

  灯具的寿数一直是我们所重视的首要问题之一。建构杰出的灯具散热体系,单靠挑选热阻低的LED组件并不行,有必要有用下降PN接面到环境的热阻,以尽可能下降LED的PN接面温度,进步LED灯具的寿数和实践光通量。

  与传统光源不同的是,PCB便是LED的供电载体,一起也是散热载体,因此,PCB和散热器的散热规划也尤为重要。此外,散热资料的原料、厚度、面积巨细及散热接口的处理、衔接方法等都是灯具厂商所要考虑的要素。

  LED的方向性和点光源是不同于传统光源的最典型特征之一,怎么运用LED此两大特性为灯具光学规划的要害。经过LED的二次光学规划,LED灯具可到达比较抱负的配光曲线,如在室内的全体照明中,要求灯具的亮度高,可运用透过率较高的灯罩以进步出光功率;别的也有灯具中参加导光板技能,使LED点光源成为面光源,进步其均匀度而避免眩光产生;此外部分辅佐照明、要点照明则需求必定的聚光作用以突显被照物,则可以挑选配一些聚光透镜或反光杯来到达光学要求。

  LED对驱动电路的要求为确保恒流输出,因LED正向作业时,LED正向电压相对改变区域很小,为确保LED驱动电流的稳定也便是确保LED输出功率的稳定。别的,调光规划也是现在驱动电路的干流规划之一,此在一些情形照明中运用较多,依据不同环境分配不同亮度,充沛到达节能作用。

  现在驱动器的首要规划方向环绕在进步电源功率因子、下降耗电量、进步操控精度及加速响应速度为主。除了驱动电源的规划之外,PCB布线及串并联方法也是规划考虑。

  LED照明作为一个簇新的范畴,需求产品规范、丈量规范、操控与接口规范等的拟定,加上现在市面上的LED照明产品良莠不齐,很多产品信息皆不行完好,简略误导顾客,一起还有来自包含有机发光二极管(OLED)等其他高功率光源和传统贱价光源之竞赛,LED照明工业急需一套完善的规范体系来保护和促进工业的健康可持续开展。现在美国的能源部(DOE)正在活跃推进关于半导体照明的相关规范,中国大陆、台湾、韩国、日本等也都在活跃打开LED规范的拟定作业。

  尽管LED在室内照明的要点照明和装修照明取得发挥空间,但LED离实在的通用照明或许环境照明还存在许多应战,如初期本钱、低色温的发光功率、显色指数及体系的可靠性等。

  就室内照明而言,尤其是家庭照明对本钱相对比较灵敏,尽管LED灯的样式不断添加,发光功率也越来越高,但价格昂贵的问题仍然存在。此有待进一步骤降LED光源价格,一起须要从全体体系的层面去优化规划,下降总本钱。从紧凑型荧光灯在刚进入商场初期的15美元左右下降至现在的1.5美元以下,由此可知,跟着商场不断开展,不久的将来,LED灯的价格也较为普罗群众承受。

  室内家庭照明往往会倾向于4,000K以下的偏低色温,暖白光让整个环境变得较为温馨放松;而冷白光会给人洁净、高效及明快的感觉,适合于办公室的照明和室外的照明。而遭到荧光粉的影响,LED低色温时的发光功率往往要比高色温时的光效低约30%。

  关于LED在通用照明中的运用,须从体系的视点来进步全体功率、寿数和可靠性。传统照明产品的体系组成相对简略,而LED照明体系触及多个组件(图5)。

  LED的光效越高,其显色指数往往有些偏低,而室内照明要求可以客观显现物体的明暗度与颜色性,取得人眼直接调查外部景象的实在作用,因此一般需求较高的显色指数。此需求LED在发光功率进步的一起,进一步进步显色指数,但也可以经过在灯具层面混入一些红光LED来得到显现指数大于90的作用。

  现阶段,1瓦的LED驱动电流可达350~1,000毫安,但一般在大电流驱动条件下,尽管光通量进步,但全体的功率下降比较显着,因此在全体本钱和体系光效之间须找寻平衡,若可以进步LED在大电流驱动下的发光功率,则可确保在较高体系发光功率前提下,大幅减缩所需LED颗数,然后显着下降本钱。

  LED室内灯具的开展在节能环保健康的前提下,也会朝艺术化、迷你化和个性化的方向开展,因此缩小LED的封装尺度可加大在灯具规划时的灵活性和立异空间。在某些须运用混光来进步显色性的场合,较小的封装尺度会有利于混光透镜的规划和混光的作用。