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    多芯片封裝大功率LED照明利用技巧

    時間:2013-06-27  來源:武漢網(wǎng)whw.cc  作者:whw.cc 我要糾錯


      因為led 光源具備發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長、保險可靠性強,有利于環(huán)保等特征,近幾年來在城市燈光環(huán)境中得到了應用。特殊是在寰球能源缺乏的憂愁再度升高的背景下, led 在照明市場的遠景更備受寰球注視。自04年起光宇公司投入大批技術力氣參加led技術研究,多年來造成一套存在獨破常識產(chǎn)權(quán)的大功率led照明技術-多芯片封裝大功率led照明技術。本文針對這一技術的特色,及采用這一技術失掉一些成果進行描寫。

      一、技術背景

      就目前情形來看,市場上led單管功率通常在1-5w左右,光輸出僅幾百流明。要使led真正大范圍應用于道路照明等大眾場所,led光源的光通量必須達到多少千甚至上萬流明,如斯高的光輸出量是無奈通過單顆芯片來實現(xiàn)的。為滿意如斯高的光輸出要求,目前海內(nèi)外大多采用多顆led(通常為1w)的光源組合在一個燈具中來知足高亮度照明的要求,這種方式在必定水平上解決了單顆光源亮度不足的問題。然而,這種工藝存在以下問題:

      1、燈具制造過程繁瑣,出產(chǎn)效率低、可靠性不高;

      2、燈具的設計受單管led排列數(shù)目和排布方式的限度,生產(chǎn)的燈具在形狀雅觀和保證性能方面難以統(tǒng)籌;

      3、燈具的二次配光設計龐雜,難以滿意各類不同照明設計的請求,而且會造成燈具光效下降;

      4、數(shù)百顆單管led的銜接統(tǒng)一燈具中,必需請求各單管的光電機能參數(shù)一致,否則會大大下降的燈具的光電性能跟應用機能。

      5、在應用進程中輕易呈現(xiàn)因部分故障導致的盲點,發(fā)生暗斑,增添保護本錢。

      為解決上述技巧困難,我公司提出了“多芯片封裝大功率led 照明利用技術”這一課題。

      二、重要發(fā)展的研究試驗及成果

      全部名目實行過程中,重要從熱學、光學、結(jié)構(gòu)、材料及工藝等多少個方面開展研究和試驗工作,項目共設計開發(fā)出1-100w大功率led光源及l(fā)ed路燈、隧道燈、巷道燈、泛光燈、工礦燈、室內(nèi)照明燈六個系列的應用產(chǎn)品,申報了12項國度專利其中發(fā)現(xiàn)專利3項。

      1、散熱問題的解決是該項研討課題解決的最為中心、最為跟最基本的工作。半導體器件pn結(jié)在常溫狀況工作時,實踐壽命能夠到達100,000小時以上。然而,因為目前l(fā)ed芯片發(fā)展所處的技巧階段,只能使輸入的30%左右的電能轉(zhuǎn)化光能,70%的電能依然是以熱的方法存在于芯片上。而熱對半導體器件的侵害是十分重大的,pn結(jié)結(jié)溫每升高10度,半導體器件的壽命就減少1倍。因而,如何將pn結(jié)發(fā)生的熱量及時傳導出去,使得pn結(jié)結(jié)溫堅持在一個較攝像機電池低的程度是保障光源穩(wěn)固牢靠工作的條件。

      在解決散熱問題進程中,咱們采取的領導思維是整體式的、系統(tǒng)性的散熱解決方式:首先樹立從芯片到外界環(huán)境的散熱模型;剖析模型中影響傳熱的軟弱環(huán)節(jié),針對這些環(huán)節(jié)提出須要到達的技術指標和解決計劃,優(yōu)化模型,實現(xiàn)全部計劃設計。模型設計實現(xiàn)后,通過實驗驗證模型的準確性,之后針對已發(fā)明的單薄環(huán)節(jié)進行針對性的技術攻關。詳細的運算放大器攻關名目包含:高性能導熱資料的研制、光源支架的設計、新工藝的摸索和完美。經(jīng)由大批的試驗和摸索,勝利地解決了制約大功率半導體照明發(fā)展的散熱問題,獲得以下結(jié)果觸摸屏數(shù)字轉(zhuǎn)換器

     。1)設計開發(fā)了多款光源支架,有兩款光源支架申報了國度專利,并獲受權(quán),受權(quán)專利號為zl2006 3 0125051.3 ,zl2006 3 0125053.2。成功封裝出led光源功率可達100w,50wled光源的光效可達100lm/w。

     。2)上述光源導熱出光性能完美的基本上,采取整體式的、體系性的散熱設計理念,進行燈具散熱構(gòu)造設計。研究出了導熱絕緣的界面填充資料,減小led支架與燈具散熱體之間的熱阻;很好的解決了燈具的散熱問題,并樹立led和燈具老化測試體系,斟酌可能影響燈具牢靠性的相干因素進行研討和實驗,尋找出了影響燈具可靠性和壽命的機理。經(jīng)由22, 633hrs壽命測試顯示,50w大功率led路燈光衰4.53% 圖2為50wled路燈光衰曲線圖。

     

    圖2  50wled路燈光衰曲線圖

     。3)完成光源設計、燈具散熱設計后,依據(jù)光源的特色及所需場所對燈具配光的要求,采用目前世界風行的配光設計思路,應用進步光學設計模仿軟件,設計出所需配光器的結(jié)構(gòu),同時模仿出光狀態(tài),進而重復修改配光構(gòu)造,緩沖器集成電路取得所需的光學結(jié)構(gòu)。開發(fā)出合適該封裝方法光源的配光器,在完整滿意道路、隧道、遠間隔等龐雜照明場合對光源配光曲線的要求的基礎上,更加公道、充足的應用了光源發(fā)出的光芒,使得燈具的整燈出光效力大大晉升。整體燈具的出光效力可達71.96lm/w,圖3為大功率led路燈配光曲線。

     

    圖3  大功率led 路燈配光曲線

     。4)完整控制了led應用產(chǎn)品的工業(yè)化的癥結(jié)技術和工藝,構(gòu)成了系列化、多樣化的半導體照明應用產(chǎn)品,開發(fā)出滿意各種室內(nèi)照明、途徑照明、地道照明、泛光照明、高桿照明、廠礦照明等場合的半導體照明燈具,已運用于多個照明范疇,表1為市鑄鋼路現(xiàn)場照度測試講演。

     

      從表中能夠看到:主桿道的均勻照度達29.01lx,平均度0.58,人行道均勻照度15.4lx,平勻度0.82,遠遠高于cjj45-2006《城市面路照明設計尺度》的要求。

      三、結(jié)語

      多芯片封裝大功率led照明運用技術,成功開發(fā)出功率為1w~100w的光源,單顆光源光輸出量超過8000lm,光效大于100 lm/w 經(jīng)22,633小時實際測試,光源光通保持率仍舊保持在95%以上,光源穩(wěn)固性高;的光源;并開發(fā)出了合適于面光源,且知足途徑照明的配光伺服電纜器并勝利實現(xiàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化,目前l(fā)ed路燈、投光燈、地道燈、產(chǎn)業(yè)企業(yè)照明燈、室內(nèi)照明燈已批量出產(chǎn),產(chǎn)品性能行業(yè)當先,這對led利用于一般照明范疇起到了至關主要的作用。

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