大功率(W級(jí)功率)白光LED的制作,隨著藍(lán)光LED芯片技術(shù)的不斷提高和封裝新材料的不斷出現(xiàn),其封裝的技術(shù)和工藝也在不斷改進(jìn)。
目前,市場(chǎng)上的大功率白光LED從1瓦到幾十瓦都有,但1~3W的白光LED采用單芯片LED封裝成點(diǎn)光源,而5W以上的大多數(shù)白光LED是由大功率藍(lán)光LED芯片集成的,特別是10W以上大功率白光LED一般都直接集成在鋁基板或銅基板上,然后做成條狀或圓盤(pán)狀的面光源。
W級(jí)功率白光LED的封裝有其特殊性:一是W級(jí)功率白光LED在封裝時(shí)必須用到熒光粉;二是W級(jí)功率白光LED在封裝時(shí)的功率大、發(fā)熱量大。因此,在封裝W級(jí)功率白光LED時(shí),必須要考慮三個(gè)通道:
·電流通道。W級(jí)功率白光LED通過(guò)電流比較大,一般是幾十毫安到幾百毫安以上,所以這種電流通道要考慮好。
·出光通道。光從藍(lán)光LED芯片發(fā)光層發(fā)出,如何讓一部分藍(lán)光激發(fā)熒光粉,從而發(fā)出黃光和另一部分藍(lán)光以合成白光,這是需要仔細(xì)研究的。
·熱通道。由于W級(jí)功率白光LED發(fā)出的熱量大,如何讓熱量傳導(dǎo)出去,從而降低W級(jí)功率白光LED中的pn結(jié)的溫度,這也是需要考慮的。
這三個(gè)通道能否設(shè)計(jì)好,對(duì)于W級(jí)功率白光LED來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。這三種通道最好都是獨(dú)立的,不要共用,特別是電流通道和熱通道不要共用。
電流通道
W級(jí)功率白光LED的電流通道的通過(guò)電流很大,因此選用的導(dǎo)電金絲也要考慮使用比較粗的,每種金絲的直徑大小與允許通過(guò)的最大電流都有相應(yīng)的參考系統(tǒng),可根據(jù)這種參考系數(shù)進(jìn)行選用。
另一方面由于電流大,在開(kāi)、關(guān)電源波動(dòng)時(shí)有很大的沖擊電流,因此要求電通道耐沖擊。白光LED器件溫度差別也較大,因此用來(lái)封裝的各種材料的熱脹冷縮系數(shù)要選配好,特別是要考慮金絲在熱脹的情況下能否經(jīng)受大電流的沖擊。
出光通道
由于W級(jí)功率白光LED發(fā)熱量大、溫度高,環(huán)氧樹(shù)脂在高溫下會(huì)發(fā)黃變污,因此降低了透光率,阻礙了出光通道,最終影響了出光。在選用出光通道的材料時(shí),考慮到長(zhǎng)期使用時(shí)由于紫外光照射,會(huì)使膠產(chǎn)生“玻璃化”,因此W級(jí)功率白光LED的封裝膠在目前情況下應(yīng)選為硅凝膠(或硅樹(shù)脂)。
另一方面要考慮到折射率的因素,W級(jí)功率白光LED的芯片折射率一般約為3.0,封裝膠的折射率應(yīng)選為過(guò)渡值。LED光會(huì)從折射率約為3.0的芯片發(fā)射到折射率為1的空氣中,那么中間層應(yīng)選用多大的折射率呢?一般情況下,折射率應(yīng)大于1.5,這樣出光效率才會(huì)高。
W級(jí)功率白光LED出光的半強(qiáng)度角是由封膠和蓋殼決定的,這個(gè)半強(qiáng)度角要根據(jù)LED芯片出光的特性來(lái)設(shè)計(jì),一般設(shè)計(jì)的角度是30°,60°,90,120°,等等。根據(jù)LED芯片的出光位置,要把光強(qiáng)“集中”起來(lái)向出光角度射出,這樣才能得到較大的光強(qiáng)。
熱通道
W級(jí)功率白光LED的熱通道也是十分重要的,它直接關(guān)系到W級(jí)功率白光LED的使用壽命和光衰問(wèn)題。LED芯片中的pn結(jié)溫度升高,促使芯片溫度升高,然后芯片的溫度就會(huì)傳導(dǎo)到熱沉上。這中間應(yīng)配有較好的導(dǎo)熱材料,才能使芯片的溫度很快地傳到熱沉上,F(xiàn)在,這種導(dǎo)熱膠有很多種,要根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行選擇。
目前,連接芯片與熱沉之間有兩種辦法:一是用固晶膠把芯片與熱沉連接,二是用錫和金的合金進(jìn)行共晶焊接。這兩種方法如果實(shí)現(xiàn)得很好,都會(huì)獲得良好的導(dǎo)熱效果。導(dǎo)熱還與芯片的接觸面積有關(guān)系,所以芯片與熱沉的接觸面積大,其導(dǎo)熱的面積也大,導(dǎo)熱也快。
評(píng)價(jià)W級(jí)功率白光LED
對(duì)于W級(jí)功率白光LED,由于LED芯片和封裝所用的材料及工藝不一樣,所得到的管子性能也不一樣。如何判斷一個(gè)W級(jí)白光LED的管子的優(yōu)劣呢?一般可以通過(guò)以下幾個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià):
·經(jīng)過(guò)一段時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮,它的光通量衰減曲線是怎樣的?反向漏電有什么變化?色溫有什么變化?
·W級(jí)功率白光LED的色溫分布是怎樣的?光強(qiáng)的分布情況是怎樣的?
·熱阻大小是多少?
這幾個(gè)指標(biāo)是判斷W級(jí)功率白光LED的管子優(yōu)劣的重要指標(biāo)。 |