改變封裝材按捺原料劣化#e#4 改變封裝材按捺原料劣化與光線穿透率下降的速度
有關(guān)LED的長(zhǎng)命化，當(dāng)前LED廠商采納的對(duì)策是改變封裝資料，一起將熒光資料分散在封裝資料內(nèi)，尤其是硅質(zhì)封裝資料比傳統(tǒng)藍(lán)光、近紫外光LED芯片上方環(huán)氧樹脂封裝資料，能夠更有用按捺原料劣化與光線穿透率下降的速度。由于環(huán)氧樹脂吸收波長(zhǎng)為400~450nm的光線的百分比高達(dá)45%，硅質(zhì)封裝資料則低于1%，輝度折半的時(shí)刻環(huán)氧樹脂不到一萬小時(shí)，硅質(zhì)封裝資料能夠延伸到四萬小時(shí)擺布，幾乎與照明設(shè)備的設(shè)計(jì)壽數(shù)一樣，這意味著照明設(shè)備運(yùn)用期間不需替換白光LED。不過硅質(zhì)樹脂屬于高彈性柔軟資料，加工上必需運(yùn)用不會(huì)刮傷硅質(zhì)樹脂外表的制造技能，此外制程上硅質(zhì)樹脂很容易附著粉屑，因而將來必需開發(fā)能夠改進(jìn)外表特性的技能。
盡管硅質(zhì)封裝資料能夠保證LED四萬小時(shí)的運(yùn)用壽數(shù)，但是led照明設(shè)備業(yè)者卻呈現(xiàn)不一樣的觀點(diǎn)，首要爭(zhēng)辯是傳統(tǒng)白熾燈與熒光燈的運(yùn)用壽數(shù)，被界說成“亮度降至30%以下”，亮度折半時(shí)刻為四萬小時(shí)的LED，若換算成亮度降至30%以下的話，大約只剩二萬小時(shí)擺布。當(dāng)前有兩種延伸組件運(yùn)用壽數(shù)的對(duì)策，分別是，按捺白光LED全體的溫升，和停止運(yùn)用樹脂封裝方式。
通常以為假如完全履行以上兩項(xiàng)延壽對(duì)策，能夠達(dá)成亮度30%四萬小時(shí)的需求。按捺白光LED溫升能夠選用冷卻LED封裝印刷電路板的辦法，首要原因是封裝樹脂高溫狀態(tài)下，加上強(qiáng)光照射會(huì)疾速劣化，按照阿雷紐斯法則溫度下降100C壽數(shù)會(huì)延伸2倍。
實(shí)際上白光LED的施加電力持續(xù)超過1W以上時(shí)光束反而會(huì)下降，發(fā)光效率則相對(duì)降低20~30%，換句話說白光LED的亮度如果要比傳統(tǒng)LED大數(shù)倍，消費(fèi)電力特性希望超越熒光燈的話，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。
1 解決封裝的散熱問題才是根本方法
由于增加電力反而會(huì)造成封裝的熱阻抗急遽降至10K/W以下，因此國(guó)外業(yè)者曾經(jīng)開發(fā)耐高溫白光LED超市照明試圖藉此改善上述問題，然而實(shí)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(huì)使發(fā)光效率大幅下跌，即使封裝技術(shù)允許高熱量，不過LED芯片的接合溫度卻有可能超過容許值，最后業(yè)者終于領(lǐng)悟到解決封裝的散熱問題才是根本方法。
有關(guān)LED的使用壽命，例如改用硅質(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(zhǎng)低于450nm短波長(zhǎng)光線，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝材料極易被短波長(zhǎng)光線破壞，高功率白光LED商業(yè)照明的大光量更加速封裝材料的劣化，根據(jù)業(yè)者測(cè)試結(jié)果顯示連續(xù)點(diǎn)燈不到一萬小時(shí)，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長(zhǎng)壽命的基本要求。
有關(guān)LED的發(fā)光效率，改善芯片結(jié)構(gòu)與封裝結(jié)構(gòu)，都可以達(dá)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(shí)，不但不容易從大型芯片取出光線，結(jié)果反而會(huì)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(gòu)造，理論上就可以解決上述取光問題。
2 設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱問題
有關(guān)發(fā)光特性均勻性，一般認(rèn)為只要改善白光LED的熒光體材料濃度均勻性與熒光體的制作技術(shù)，應(yīng)該可以克服上述困擾。如上所述提高施加電力的同時(shí)，必需設(shè)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。
為了要降低熱阻抗，許多國(guó)外LED廠商將LED芯片設(shè)在銅與陶瓷材料制成的散熱鰭片(heatsink)表面，接著再用焊接方式將印刷電路板上散熱用導(dǎo)線，連接到利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制空冷的散熱鰭片上，根據(jù)德國(guó)OSRAMOptoSemicONductorsGmb實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，上述結(jié)構(gòu)的LED芯片到焊接點(diǎn)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(shí)，LED芯片的接合溫度比焊接點(diǎn)高18K，即使印刷電路板溫度上升到500C，接合溫度頂多只有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(huì)受到印刷電路板溫度的影響，如此一來必需設(shè)法降低LED芯片的溫度，換句話說降低LED芯片到焊接點(diǎn)的熱阻抗，可以有效減輕LED芯片降溫作業(yè)的負(fù)擔(dān)。反過來說即使白光LED具備抑制熱阻抗的結(jié)構(gòu)，如果熱量無法從封裝傳導(dǎo)到印刷電路板的話，LED溫度上升的結(jié)果發(fā)光效率會(huì)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(shù)，該公司將1mm正方的藍(lán)光LED以flipchip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。
3 各業(yè)者展現(xiàn)散熱設(shè)計(jì)功力
由于散熱鰭片與印刷電路板之間的密著性直接左右熱傳導(dǎo)效果，因此印刷電路板的設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜，有鑒于此美國(guó)Lumileds與日本CITIZEN等照明設(shè)備、LED封裝廠商，相繼開發(fā)高功率LED用簡(jiǎn)易散熱技術(shù)，CITIZEN在2004年開始樣品出貨的白光LED封裝，不需要特殊接合技術(shù)也能夠?qū)⒑窦s2?3mm散熱鰭片的熱量直接排放到外部，根據(jù)該CITIZEN表示雖然LED芯片的接合點(diǎn)到散熱鰭片的30K/W熱阻抗比OSRAM的9K/W大，而且在一般環(huán)境下室溫會(huì)使熱阻抗增加1W左右，不過即使是傳統(tǒng)印刷電路板無冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制空冷狀態(tài)下，該白光LED模塊也可以連續(xù)點(diǎn)燈使用。 Lumileds于2005年開始樣品出貨的高功率LED芯片，接合容許溫度更高達(dá)+1850C，比其它公司同級(jí)產(chǎn)品高600C，利用傳統(tǒng)RF4印刷電路板封裝時(shí)，周圍環(huán)境溫度400C范圍內(nèi)可以輸入相當(dāng)于1.5W電力的電流(大約是400mA)。所以Lumileds與CITIZEN使采取提高接合點(diǎn)容許溫度，德國(guó)OSRAM公司則是將LED芯片設(shè)在散熱鰭片表面，達(dá)成9K/W超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM過去開發(fā)同級(jí)品的熱阻抗減少40%，值得一提是該LED模塊封裝時(shí)，采用與傳統(tǒng)方法相同的flipchip方式，不過LED模塊與熱鰭片接合時(shí)，則選擇最接近LED芯片發(fā)光層作為接合面，藉此使發(fā)光層的熱量能夠以最短距離傳導(dǎo)排放。 2003年東芝Lighting曾經(jīng)在400mm正方的鋁合金表面，鋪設(shè)發(fā)光效率為60lm/W低熱阻抗白光LED，無冷卻風(fēng)扇等特殊散熱組件前提下，試作光束為300lm的LED模塊，由于東芝Lighting擁有豐富的試作經(jīng)驗(yàn)，因此該公司表示由于模擬分析技術(shù)的進(jìn)步，2006年之后超過60lm/W的白光LED，都可以輕松利用燈具、框體提高熱傳導(dǎo)性，或是利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制空冷方式設(shè)計(jì)照明設(shè)備的散熱，不需要特殊散熱技術(shù)的模塊結(jié)構(gòu)也能夠使用白光LED。