Umur panjang LED cahaya putih, daya tinggi, dan teknologi konsumsi daya rendah
Di masa lalu, untuk mendapatkan keuntungan penuh dari balok, industri telah mengembangkan ukuran besar dan mencoba mencapai tujuan yang diinginkan dengan metode ini, tetapi pada kenyataannya, ketika daya yang diterapkan dari LED putih terus melebihi 1W, balok akan berkurang, dan efisiensi cahaya akan relatif berkurang sebesar 20~30 persen . Dengan kata lain, jika kecerahan LED putih beberapa kali lebih besar daripada LED tradisional dan karakteristik konsumsi dayanya akan melampaui lampu neon, empat masalah utama berikut harus diatasi terlebih dahulu: a. menekan kenaikan suhu; b. memastikan kehidupan pelayanan; c. meningkatkan efisiensi cahaya d. Pemerataan sifat bercahaya.
Metode khusus untuk masalah kenaikan suhu adalah dengan mengurangi impedansi termal paket; metode khusus untuk mempertahankan masa pakai LED adalah dengan memperbaiki bentuk chip dan menggunakan chip kecil; metode khusus untuk meningkatkan efisiensi bercahaya LED adalah dengan memperbaiki struktur chip dan menggunakan chip kecil; Adapun karakteristik bercahaya seragam Metode khusus adalah untuk meningkatkan metode pengemasan LED. Secara umum diyakini bahwa LED putih diharapkan untuk mengadopsi langkah-langkah yang disebutkan di atas pada tahun 2005~2006.
Pengembangan Jingwei untuk meningkatkan daya akan menyebabkan impedansi termal paket turun tajam di bawah 10K/W. Oleh karena itu, perusahaan asing telah mengembangkan LED putih tahan suhu tinggi untuk mencoba memperbaiki masalah di atas. Namun, nilai kalori sebenarnya puluhan kali lebih tinggi daripada LED berdaya rendah. Di atas, dan kenaikan suhu juga akan sangat mengurangi efisiensi bercahaya. Bahkan jika teknologi pengemasan memungkinkan panas tinggi, suhu ikatan chip LED dapat melebihi nilai yang diizinkan. Akhirnya, industri akhirnya menyadari bahwa memecahkan masalah pembuangan panas kemasan adalah solusi mendasar.
Mengenai masa pakai LED, misalnya, penggunaan bahan penyegel silikon dan bahan kemasan keramik dapat meningkatkan masa pakai LED hingga 10 persen, terutama spektrum bercahaya LED putih mengandung cahaya gelombang pendek dengan panjang gelombang di bawah 450nm, epoksi tradisional bahan penyegel resin Sangat mudah rusak oleh cahaya gelombang pendek. Sejumlah besar cahaya LED putih berdaya tinggi mempercepat kerusakan bahan penyegel. Menurut hasil pengujian industri, kecerahan LED putih berdaya tinggi telah berkurang lebih dari setengahnya selama kurang dari 10,000 jam pencahayaan terus menerus, yang tidak dapat memuaskan sumber cahaya. Persyaratan dasar untuk umur panjang.
Mengenai efisiensi bercahaya LED, meningkatkan struktur chip dan struktur pengemasan dapat mencapai tingkat yang sama dengan LED putih berdaya rendah. Alasan utamanya adalah bahwa ketika kerapatan arus meningkat lebih dari 2 kali lipat, tidak hanya sulit untuk mengekstrak cahaya dari chip besar, tetapi juga akan mengarah pada efisiensi cahaya. Ini tidak sebagus dilema LED putih berdaya rendah. Jika struktur elektroda chip ditingkatkan, masalah ekstraksi cahaya yang disebutkan di atas secara teoritis dapat diselesaikan.
Mengenai keseragaman karakteristik bercahaya, umumnya diyakini bahwa selama keseragaman konsentrasi bahan fosfor dari LED putih ditingkatkan, teknologi pembuatan fosfor harus dapat mengatasi masalah di atas.
Seperti disebutkan di atas, sambil meningkatkan daya yang diterapkan, perlu untuk mencoba mengurangi impedansi termal dan meningkatkan masalah pembuangan panas. Isi spesifiknya adalah:
Kurangi ketahanan termal dari chip ke paket
Tekan impedansi termal dari paket ke sirkuit tercetak
Meningkatkan kelancaran pembuangan panas chip
Untuk mengurangi impedansi termal, banyak produsen LED asing menempatkan chip LED pada permukaan heat sink yang terbuat dari bahan tembaga dan keramik, dan kemudian menggunakan metode penyolderan untuk menghubungkan kabel pembuangan panas pada papan sirkuit tercetak ke penggunaan kipas pendingin. Pada sirip pendingin dengan pendinginan udara paksa, menurut hasil eksperimen OSRAM Opto Semiconductors Gmb di Jerman, impedansi termal dari chip LED ke sambungan solder dari struktur di atas dapat dikurangi sebesar 9K/W, yaitu sekitar 1/ 6 dari LED tradisional, dan LED yang dikemas menerapkan 2W Ketika daya tinggi, suhu ikatan chip LED 18K lebih tinggi daripada sambungan solder. Bahkan jika suhu papan sirkuit tercetak naik ke 500C, suhu ikatan paling banyak hanya sekitar 700C. Sebaliknya, setelah impedansi termal berkurang, suhu ikatan chip LED akan lebih tinggi. Dipengaruhi oleh suhu papan sirkuit tercetak, perlu untuk mencoba mengurangi suhu chip LED, dengan kata lain, mengurangi hambatan termal dari chip LED ke sambungan solder, yang secara efektif dapat mengurangi beban pendinginan chip LED. Sebaliknya, bahkan jika LED putih memiliki struktur yang menekan ketahanan termal, jika panas tidak dapat dilakukan dari paket ke papan sirkuit tercetak, efisiensi cahaya LED akan turun tajam sebagai akibat dari peningkatan suhu lampu. DIPIMPIN. Perusahaan merangkum LED biru persegi 1mm pada substrat keramik dalam bentuk chip flip, dan kemudian menempelkan substrat keramik pada permukaan papan sirkuit cetak tembaga. Menurut Panasonic, impedansi termal dari seluruh modul termasuk papan sirkuit tercetak adalah sekitar 15K/W. tentang.
Karena adhesi antara sirip pembuangan panas dan papan sirkuit tercetak secara langsung mempengaruhi efek konduksi panas, desain papan sirkuit tercetak menjadi sangat rumit. Mengingat hal ini, produsen peralatan penerangan dan kemasan LED seperti Lumi di Amerika Serikat dan CITIZEN di Jepang telah berturut-turut mengembangkan LED berdaya tinggi. Dengan menggunakan teknologi pembuangan panas sederhana, paket LED putih yang mulai dicicipi CITIZEN pada tahun 2004 dapat langsung melepaskan panas sirip pembuangan panas dengan ketebalan sekitar 2~3mm ke luar tanpa teknologi ikatan khusus. Menurut perusahaan, meskipun ikatan chip LED Impedansi termal 30K/W dari titik ke sirip pendingin lebih besar dari 9K/W OSRAM, dan suhu ruangan akan meningkatkan impedansi termal sekitar 1W dalam kondisi normal. lingkungan, tetapi bahkan jika papan sirkuit cetak tradisional tidak memiliki kipas pendingin untuk pendinginan udara paksa, lampu putih juga dapat digunakan untuk penerangan terus menerus.
Chip LED berdaya tinggi yang mulai dicicipi Lumileds pada tahun 2005 memiliki suhu ikatan yang lebih tinggi ditambah 1850C, yaitu 600C lebih tinggi daripada produk perusahaan lain pada tingkat yang sama. Saat menggunakan paket papan sirkuit cetak RF4 tradisional, suhu sekitar dapat dimasukkan dalam kisaran 400C yang setara dengan arus daya 1,5W (sekitar 400mA).
Seperti disebutkan di atas, Lumileds dan CITIZEN telah mengadopsi untuk meningkatkan suhu persimpangan yang diizinkan, sementara OSRAM Jerman telah mengatur chip LED pada permukaan sirip pembuangan panas untuk mencapai rekor impedansi termal ultra-rendah 9K/W, yang lebih tinggi dari impedansi termal pengembangan OSRAM sebelumnya dari produk serupa. pengurangan 40 persen. Perlu disebutkan bahwa modul LED dikemas menggunakan metode flip chip yang sama dengan metode tradisional, tetapi ketika modul LED diikat ke sirip termal, lapisan pemancar cahaya yang paling dekat dengan chip LED dipilih sebagai permukaan ikatan, sehingga membuat cahaya memancarkan Panas lapisan dapat dihilangkan dengan konduksi pada jarak terpendek.
Pada tahun 2003, Toshiba Lighting Co., Ltd. pernah memasang LED putih dengan efisiensi cahaya 60lm/W impedansi termal rendah pada permukaan paduan aluminium seluas 400mm persegi, tanpa komponen pembuangan panas khusus seperti kipas pendingin, dan mencoba membuat Modul LED dengan sinar 300lm. Karena Toshiba Lighting Co., Ltd. memiliki pengalaman yang kaya dalam produksi percobaan, perusahaan mengatakan bahwa karena kemajuan teknologi analisis simulasi, LED putih yang melebihi 60lm/W setelah tahun 2006 dapat dengan mudah digunakan, konduktivitas termal bingkai dapat ditingkatkan, atau peralatan pencahayaan dapat dirancang dengan pendinginan udara paksa oleh kipas pendingin. Struktur modul yang tidak memerlukan teknologi pendinginan khusus juga dapat menggunakan LED putih.
Mengenai umur panjang LED, tindakan pencegahan saat ini yang diambil oleh produsen LED adalah mengubah bahan penyegel, dan pada saat yang sama membubarkan bahan fluoresen dalam bahan penyegel, terutama bahan penyegel silikon lebih baik daripada bahan penyegel resin epoksi di atas tradisional. chip LED biru dan hampir ultraviolet. Lebih efektif untuk menekan kecepatan kerusakan material dan pengurangan transmisi cahaya.
Karena persentase resin epoksi yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400~450nm setinggi 45 persen , bahan penyegel silikon kurang dari 1 persen , dan waktu untuk mengurangi separuh kecerahan resin epoksi kurang dari 10,{{ 5}} jam, dan bahan penyegel silikon dapat diperpanjang hingga Sekitar 40,000 jam, yang hampir sama dengan umur desain peralatan pencahayaan, yang berarti bahwa LED putih tidak perlu diganti selama penggunaan peralatan pencahayaan. Namun, resin silikon adalah bahan yang sangat elastis dan lembut, dan teknologi manufaktur yang tidak menggores permukaan resin silikon harus digunakan selama pemrosesan. Selain itu, resin silikon mudah menempel pada debu selama proses berlangsung. Oleh karena itu, perlu dikembangkan teknologi yang dapat memperbaiki karakteristik permukaan di masa mendatang.
Meskipun bahan penyegel silikon dapat memastikan masa pakai LED selama 40,000 jam, industri peralatan pencahayaan memiliki pandangan yang berbeda. Perdebatan utama adalah bahwa masa pakai lampu pijar tradisional dan lampu neon didefinisikan sebagai "kecerahan berkurang hingga 30 persen atau kurang". Jika waktu separuh LED adalah 40,000 jam, jika kecerahan dikurangi menjadi kurang dari 30 persen , hanya tersisa sekitar 20000 jam. Saat ini ada dua tindakan pencegahan untuk memperpanjang masa pakai komponen, yaitu:
1. Menekan kenaikan suhu keseluruhan LED putih;
2. Berhenti menggunakan enkapsulasi resin.
Secara umum diyakini bahwa jika dua langkah perpanjangan hidup di atas diterapkan secara menyeluruh, persyaratan kecerahan 30 persen selama 40,000 jam dapat dicapai. Untuk menekan kenaikan suhu LED putih, metode pendinginan papan sirkuit cetak kemasan LED dapat digunakan. Alasan utamanya adalah resin pengemasan akan cepat rusak di bawah kondisi suhu tinggi dan penyinaran cahaya yang kuat. Menurut hukum Arrhenius, umur akan diperpanjang 2 kali jika suhu diturunkan 100C.
Menghentikan penggunaan enkapsulasi resin dapat sepenuhnya menghilangkan faktor deteriorasi, karena cahaya yang dihasilkan oleh LED dipantulkan dalam resin enkapsulasi. Jika Anda menggunakan reflektor resin yang dapat mengubah arah cahaya di sisi chip, reflektor akan menyerap cahaya, sehingga jumlah cahaya yang dikeluarkan akan tajam. Inilah alasan utama mengapa produsen LED secara konsisten menggunakan bahan kemasan keramik dan logam.
Ada dua cara untuk meningkatkan efisiensi cahaya chip LED putih. Salah satunya adalah dengan menggunakan chip LED besar dengan luas yang 10 kali lebih besar dari chip kecil (sekitar 1mm2); Modul tunggal. Meskipun chip LED besar dapat memperoleh sinar besar, meningkatkan area chip akan memiliki kerugian, seperti batas listrik yang tidak merata dari lapisan pemancar cahaya dalam chip, bagian pemancar cahaya yang terbatas, dan redaman serius dari cahaya yang dihasilkan di dalam chip. ketika terpancar ke luar. Menanggapi masalah di atas, produsen LED telah mencapai efisiensi bercahaya 50lm/W dengan meningkatkan struktur elektroda, mengadopsi metode pengemasan chip flip, dan mengintegrasikan keterampilan pemrosesan permukaan chip.
Mengenai kesetaraan listrik seluruh chip, sejak munculnya elektroda tipe-p berbentuk sisir dan jala (mesh) dua atau tiga tahun yang lalu, jumlah produsen yang menggunakan metode ini terus meningkat, dan elektroda juga berkembang ke arah optimasi.
Mengenai metode pengemasan chip flip, karena lapisan pemancar cahaya dekat dengan ujung kemasan, mudah memancarkan panas, dan cahaya dari lapisan pemancar cahaya terpancar ke luar tanpa kesulitan dilindungi oleh elektroda. Oleh karena itu, Lumileds AS dan Toyoda Gosei Jepang telah secara resmi mengadopsi metode pengemasan flip chip. Pada tahun 2005 Matsushita Electric, Matsushita Electric Works dan Toshiba, yang memulai produksi massal LED skala besar, juga mengikutinya. Nichia, yang sebelumnya menggunakan kemasan ikatan kawat, dan LED khusus pelanggan 50lm/W yang dirilis pada tahun 2004 juga menggunakan kemasan flip chip.
Mengenai pemrosesan permukaan chip, ini dapat mencegah pantulan cahaya dari bagian dalam chip ke bagian luar chip agar tidak dipantulkan pada antarmuka. Menurut produsen LED Jepang, ketika kemasan flip chip, jika struktur cekung-cembung dipasang pada substrat safir di bagian ekstraksi cahaya, ekstraksi bagian luar chip tidak akan terjadi. Beam dapat ditingkatkan sebesar 30 persen.
