白光LED温升问题的解决方法

白光LED温升问题的解决方法

　　由于散热器与印刷电路板之间的致密性直接左右热传导效果，因此印刷电路板的设计变得非常复杂。有鉴于此美国Lumileds与日本CITIZEN等照明设备、LED封装 厂商，相继开发高功率LED用简易散热技术，CITIZEN在2004年开始开始制造白光LED样品封装，不需要特殊接合技术也能够将厚约2~3mm散热器的热量直接排放到外部，根据该CITIZEN报道虽然LED芯片的接合点到散热器的30K/W热阻抗比OSRAM的9K/W大，而且在一般环境下室温会使热阻抗增加1W左右，即使是传统印刷电路板无冷却风扇强制空冷状态下，该白光LED模块也可以连续点灯使用。

　　Lumileds于2005年开始制造的高功率LED芯片，接合容许温度更高达+185℃，比其它公司同级产品高60℃，利用传统RF 4印刷电路板封装时，周围环境温度40℃范围内可以输入相当于1.5W电力的电流(大约是400mA)。所以Lumileds与CITIZEN是采取提高接合点容许温度，德国OSRAM公司则是将LED芯片设置在散热器表面，达到9K/W超低热阻抗记录，该记录比OSRAM过去开发同级产品的热阻抗减少 40%.值得一提的是该LED模块 封装时，采用与传统方法相同的flip chip方式，不过LED模块与散热器接合时，则选择最接近LED芯片发光层作为接合面，藉此使发光层的热量能够以最短距离传导排放。

　　2003年东芝Lighting曾经在400mm正方的铝合金表面，铺设发光效率为60lm/W低热阻抗白光LED，无冷却风扇等特殊散热组件前提下，试制光束为300lm的LED模块。由于东芝Lighting拥有丰富的试制经验，因此该公司表示由于模拟分析技术的进步，2006年之后超过 60lm/W的白光LED,都可以轻松利用灯具、框体提高热传导性，或是利用冷却风扇强制空冷方式设计照明设备的散热，不需要特殊散热技术的模块结构也能够使用白光LED。

　　变更封装材料抑制材质劣化与光线穿透率降低的速度

　　有关LED的长寿化，目前LED厂商采取的对策是变更封装材料，同时将荧光材料分散在封装材料内，尤其是硅质封装材料比传统蓝光、近紫外光LED芯片上方环氧树脂封装材料，可以更有效抑制材质劣化与光线穿透率降低的速度。由于环氧树脂吸收波长为400~450nm的光线的百分比高达45%,硅质封装材料则低于1%,辉度减半的时间环氧树脂不到一万小时，硅质封装材料可以延长到四万小时左右，几乎与照明设备的设计寿命相同，这意味着照明设备使用期间不需更换白光LED。不过硅质树脂属于高弹性柔软材料，加工时必需使用不会刮伤硅质树脂表面的制作技术，此外加工时硅质树脂极易附着粉屑，因此未来必需开发可以改善表面特性的技术。

　　虽然硅质封装材料可以确保LED四万小时的使用寿命，然而照明设备业者却出现不同的看法，主要争论是传统白炽灯与荧光灯的使用寿命，被定义成“亮度降至30%以下”。亮度减半时间为四万小时的LED，若换算成亮度降至30%以下的话，大约只剩二万小时左右。目前有两种延长组件使用寿命的对策，分别是，抑制白光LED整体的温升，和停止使用树脂封装方式。

　　一般认为如果彻底执行以上两项延寿对策，可以达到亮度30%时四万小时的要求。抑制白光LED温升可以采用冷却LED封装印刷电路板的方法，主要原因是封装树脂高温状态下，加上强光照射会快速劣化，依照阿雷纽斯法则温度降低10℃寿命会延长2倍。停止使用树脂封装可以彻底消灭劣化因素，因为LED产生的光线在封装树脂内反射，如果使用可以改变芯片侧面光线行进方向的树脂材质反射板，则反射板会吸收光线，使光线的取出量急剧锐减。这也是LED厂商一致采用陶瓷系与金属系封装材料主要原因。