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封裝技術(shù)與材料推動(dòng)LED發(fā)光效能

    作者:宏拓新軟件
    發(fā)布日期:2008-02-27         
閱讀:95     
 
 
          LED照明的革命性變遷,就像真空管到晶體管,及CRT到Flat Panel Display是革命性的突破一樣,照明從1980年開(kāi)始是一個(gè)很大的革命,自1830年愛(ài)迪生發(fā)明燈泡,到目前為止,大部分還是氣體放電,將近100多年,一直沒(méi)有太大的改變,雖然效率有所提升,但在基本的材料技術(shù)上并沒(méi)有多太多的變化,但是在固態(tài)照明(Solid State Light)出現(xiàn)后,才是照明技術(shù)真正的革命性的突破,所以看待固態(tài)照明這樣的變化,就像晶體管及Flat Panel Display都是跨革命的成就。
    
       因?yàn)榧夹g(shù)與材料的突破,整個(gè)照明產(chǎn)業(yè)慢慢的起了微妙的變化。在過(guò)去,提到照明組件業(yè)者,大家會(huì)想到GE、歐司朗(OSRAM)、飛利浦等,這些都是生產(chǎn)照明組件相當(dāng)大的業(yè)者之一,但是固態(tài)照明被開(kāi)發(fā)出來(lái)后,產(chǎn)業(yè)就出現(xiàn)一些改變,例如,飛利浦(Philips)和Aglent合資成立了Lumileds,而Osram就成立了Osram照明等新公司慢慢向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)傾斜。
    
     ■2007年高亮度LED市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1,200億
    
       全球2005年LED市場(chǎng)規(guī)模大概在新臺(tái)幣1,700億元左右,可見(jiàn)光(Visible)LED的市場(chǎng)比例大約占了68%,另外的32%的市場(chǎng)比例屬于紅外光。2003年∼2007年間,紅外光的市場(chǎng)年平均規(guī)模約在新臺(tái)幣500∼600億元左右,但可見(jiàn)光的市場(chǎng)規(guī)模,因?yàn)楦吡炼鹊某砷L(zhǎng),將會(huì)從2003年的928億元成長(zhǎng)到2007年的1,500億元,而整個(gè)Growth Rate的部分,可見(jiàn)光 LED 5年年平均大概是在12%左右,Infrared則是相當(dāng)穩(wěn)定的維持在5%,整體LED的市場(chǎng)成長(zhǎng)率約在10%左右。
    
       在市場(chǎng)中成長(zhǎng)幅度最大的是屬于高亮度(High Brightness)LED,在2004年的1,600億元市場(chǎng)規(guī)模中,高亮度LED的部分大約為800億元左右,預(yù)計(jì)到2007年的時(shí)候,將成長(zhǎng)到1,200億元的市場(chǎng)規(guī)模。
    
       目前一般對(duì)于高亮度的定義,仍舊是指發(fā)光亮度在8流明以上、以4元發(fā)光材料生產(chǎn)的LED,例如AlGaInN、GaN等,每年平均成長(zhǎng)率(Average Growth Rate)大概是在14%左右,另外,在一般亮度的LED市場(chǎng)成長(zhǎng)的部分,預(yù)計(jì)在未來(lái)將維持相當(dāng)平穩(wěn)300億元規(guī)模的市場(chǎng)規(guī)模,不容易有大幅度成長(zhǎng)或衰退的情況。
    
       Mobile phone是帶動(dòng)高亮度 LED成長(zhǎng)的一個(gè)重要?jiǎng)恿,?003∼2005年,高亮度LED有相當(dāng)大成長(zhǎng)在Mobile phone這個(gè)應(yīng)用上應(yīng)用,目前手機(jī)上的背光源及按鍵燈源大多都是使用高亮度LED。
    
       不過(guò),到2005年為止,高亮度 LED在手機(jī)上的應(yīng)用已經(jīng)到了一個(gè)成長(zhǎng)瓶頸,由于LED的發(fā)光效率愈來(lái)愈高,所以,未來(lái)使用的LED的數(shù)量反而會(huì)越來(lái)越少,甚至價(jià)格也越來(lái)越激烈。在應(yīng)用用途上,除了會(huì)因?yàn)檎障喙δ芏黾右粋(gè)閃光用LED以外,基本上市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)到了飽和的程度,預(yù)計(jì)2005年約為450億元,與2004年相差無(wú)幾,相信未來(lái)這兩年不會(huì)有太大的變化。
    
       對(duì)于未來(lái)的發(fā)展,大多數(shù)人最看好、成長(zhǎng)速度最快的應(yīng)該是車(chē)用市場(chǎng),不過(guò),以目前的應(yīng)用狀況來(lái)看至少還需要二、三年才能普及到整個(gè)市場(chǎng)。現(xiàn)在整體使用LED為光源的大概還是概念車(chē),但基本上,就發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看,從汽車(chē)的內(nèi)裝到外部燈源在未來(lái)將是很大的一塊市場(chǎng)。
    
     ■高亮度LED將搶占白熱燈泡照明市場(chǎng)
    
       對(duì)于白光High Power LED來(lái)說(shuō),照明市場(chǎng)將會(huì)是非常大的一個(gè)市場(chǎng),預(yù)計(jì)在3∼5年后達(dá)到一個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模,預(yù)估 2005年的照明市場(chǎng)規(guī)模,約在130億美元(新臺(tái)幣4,000億元)左右,雖然白光High Power LED的5年市場(chǎng)規(guī)?傤~達(dá)到了4億美元(新臺(tái)幣120億元),但是相對(duì)于整個(gè)照明的市場(chǎng)來(lái)說(shuō),還是非常的小。
    
       以發(fā)光亮度及效率來(lái)看,雖然LED的效率是高于白熱燈泡(白熱燈泡大概8∼10流明/瓦),但是,就發(fā)光亮度來(lái)看還是低于熒光燈或者鹵素?zé)簟2贿^(guò),單純Replace白熱燈的市場(chǎng)就已經(jīng)是一個(gè)相當(dāng)大的市場(chǎng),2005年全球總規(guī)模約130億美元的照明市場(chǎng)中,白熱燈泡的比例約占了27%白熱燈泡,所以在照明的這一項(xiàng)應(yīng)用中,白光High Power LED是有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)發(fā)展空間。
    
       而就燈源的取代角度來(lái)看,以目前LED的技術(shù)以及價(jià)格情況,在10流明/瓦以下的應(yīng)用,LED有立即取代的條件,例如紅綠燈、小型燈泡等等的應(yīng)用。
    
     ■2007年預(yù)計(jì)可降到0.02美元/流明
    
       從(圖五)可以看出LED成本與發(fā)光效率的演變,在過(guò)去20年中LED的發(fā)光效率一直維持很穩(wěn)定且快速的進(jìn)步,而在流明價(jià)格比的方面,也是維持在一定的減低速度,以2005年來(lái)講,大約0.2美元/流明,2006、2007年預(yù)計(jì)可以降到0.02美元/流明,如果期望應(yīng)用在照明市場(chǎng),最終降到0.01美元/流明,在未來(lái)的幾年內(nèi)是很有可能的,在中國(guó)大陸是以節(jié)能為目標(biāo)也極力的在推動(dòng)LED的照明,目標(biāo)在2007年達(dá)到0.02美元/流明。所以可以說(shuō),價(jià)格是技術(shù)進(jìn)步的原動(dòng)力,因?yàn)榧夹g(shù)永遠(yuǎn)比不上價(jià)錢(qián)上的壓力。
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封裝技術(shù)與材料推動(dòng)LED發(fā)光效能
作者:佚名 文章來(lái)源:不詳 點(diǎn)擊數(shù): 66 更新時(shí)間:2007-9-21 21:26:34 | 【字體:
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       就市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力而言,流明價(jià)格比降低的速度越快越好,但是要如何去做到,這是有相當(dāng)多的門(mén)坎存在,核心技術(shù)還是在LED封裝上面,雖然現(xiàn)在LED封裝制程已經(jīng)是相當(dāng)成熟了,但是,因?yàn)閮r(jià)格這樣的驅(qū)動(dòng)力量,使得LED的封裝包括材料等等都需要再做革命! 
    
     長(zhǎng)久以來(lái),LED封裝的制程沒(méi)有太大的轉(zhuǎn)變,其實(shí)材料是很大的一個(gè)因素,因?yàn)榉庋b材料一直沒(méi)有革命性的突破。但是,在面對(duì)多樣化應(yīng)用的今天,LED封裝材料已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行一些改善。
    
     ■熱處理是LED封裝的關(guān)鍵
    
       LED的亮度部分,材料是相當(dāng)重要的一個(gè)關(guān)鍵,不管是Epitaxy或芯片,先天上已經(jīng)決定了LED 50%的亮度,而另外的50%就會(huì)取決在LED的封裝技術(shù)及封裝材料。對(duì)于LED封裝來(lái)講,大家所追求的是怎樣把一個(gè)LED封裝流明數(shù)做得越大越好?
    
       經(jīng)過(guò)封裝的過(guò)程,一個(gè)LED能達(dá)到幾百個(gè)流明,這基本上不是一個(gè)很大的問(wèn)題,主要的問(wèn)題是如何去處理散熱,然后接下來(lái),在產(chǎn)生這么大的流明后,如何維持他的流明,這又是另外一個(gè)問(wèn)題,如果熱處理(Thermal Management)沒(méi)有做好的話,LED的亮度和壽命下降的會(huì)很快,所以對(duì)于LED來(lái)說(shuō),如何做到有效的可靠度和Thermal Management,是非常重要。
    
       因?yàn)槭謾C(jī)應(yīng)用市場(chǎng)的原因,這兩年臺(tái)灣高亮度LED發(fā)展的非?,這是因?yàn)槭謾C(jī)的應(yīng)用要求不是很高,所以,以今天臺(tái)灣的封裝技術(shù)而言,在手機(jī)上的應(yīng)用還是足以負(fù)荷的,但是,在未來(lái)面對(duì)戶外看板、車(chē)用外部燈源,這對(duì)臺(tái)灣的LED封裝業(yè)者來(lái)說(shuō)就是一個(gè)很大的挑戰(zhàn),所以,從這方面來(lái)看,國(guó)外的LED大廠,在技術(shù)上還是有一些領(lǐng)先的地位。
    
     ■如何去消除因?yàn)樽非蟾吡炼人a(chǎn)生的Thermal
    
       在LED的PN Junction中,光的效率越高,相對(duì)的熱產(chǎn)生就會(huì)越少,但是很不幸的,大部分光的取出效率只有20∼30%,其它部分都變成熱了,Thermal Resistance Management是怎樣從Junction中所產(chǎn)生的熱送到LED封裝中的Pad,對(duì)于高取光效率封裝來(lái)說(shuō)是很重要的一件事。
    
       而在這個(gè)過(guò)程中,怎么樣去消除LED的Temperature,不要造成太大的Thermal效應(yīng),對(duì)于LED封裝來(lái)講,基本上都是在做Thermal的Conduction。而如何把Junction Temperature能夠降低(因?yàn)閷?duì)半導(dǎo)體來(lái)講最致命的就是Thermal),這是一
個(gè)重要的課題。
    
       目前所有的LED封裝材料都是樹(shù)脂,樹(shù)脂1玻璃轉(zhuǎn)化溫度約在100∼120℃左右,在Maintain Junction Temperature時(shí),最好不要超過(guò)100℃,如果超過(guò)110∼120℃,那么這樣的封裝就會(huì)有一些risk!
    
      最近有一些新的封裝觀念和技術(shù)出現(xiàn),例如Lumileds的Luxeon第二代k2,比LuxeonⅠ大幅提高了光功率。透過(guò)改量芯片,將光效能提高了10∼30%。而在溫度的方面將Junction Temperature由135℃提高至185℃。對(duì)材料的概念會(huì)被顛覆,所以說(shuō)樹(shù)脂是不是最佳的LED封裝材料呢?在面對(duì)未來(lái)的應(yīng)用環(huán)境及產(chǎn)品,還有相當(dāng)多可以討論的地方,其實(shí)在整個(gè)LED封裝里面,如果可以利用玻璃或是其它材料的話,Junction Temperature還可以再做更好的控制! 
    
     怎么去降低熱阻抗?實(shí)際上Flip芯片的封裝方式是一個(gè)很好的方式和例子,AlGaInP是一個(gè)非常不好的熱導(dǎo)體,差不多大概只有35℃左右而已,而GaN是一個(gè)比較好的熱導(dǎo)體,大概有200℃左右,利用Flip芯片的封裝方式可以把Thermal降到更低。在中可以看到,紅色的部分就是LED部分,大概有83℃左右的Junction Temperature,其實(shí)比較好的Thermal Solution還可以加上一片薄膜,例如加上一個(gè)Heat Sink。
    
       而封裝業(yè)者就需要增加這樣的Solution給系統(tǒng)廠商,然而,對(duì)于這片Heat Sink如何去做optimum design,怎么去改變他們的形狀、高度、厚度,得到一個(gè)最佳的狀況?都可以利用軟件去做simulation。其實(shí)有一個(gè)不變的概念就是把Temperature Grading越均勻越好。升降的幅度不要過(guò)大,如果沒(méi)辦法很均勻的分散到LED封裝結(jié)構(gòu)上去,Grading如果比較大將會(huì)造成Junction Temperature比較高。
 

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