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HV芯片+Ceramic基板+COB封裝:室內(nèi)照明燈具最佳解決方案

發(fā)布時(shí)間:2017-05-16 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】LED照明燈具技術(shù)為一種系統(tǒng)整合的概念(光、機(jī)、電、熱),其系統(tǒng)中心為L(zhǎng)ED光源,LED光源的技術(shù)目標(biāo)是為了提供更好的發(fā)光效率,更低的熱阻,更佳的光譜特性,如演色性及相關(guān)色溫等。
 
以光源為主體可將LED照明燈具展開4項(xiàng)技術(shù)的整合,分別為光學(xué)、電控、散熱與機(jī)構(gòu),光學(xué)技術(shù)的目的是為照明燈具設(shè)計(jì)符合需求的燈具光型,透過光學(xué)分析及仿真并且利用光學(xué)組件將光源的光型轉(zhuǎn)換為燈具需求的光型;電控則可大致分為電源驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng),電源驅(qū)動(dòng)目的是為將外部電源轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED所需求的電壓或電流,控制系統(tǒng)就是讓燈具結(jié)合傳輸及數(shù)字化操作,賦予燈具生命;由于LED光源在發(fā)光的同時(shí)也產(chǎn)生大量的廢熱,散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使LED燈具與光源保持適當(dāng)?shù)臏厣?,以避免減低效能及壽命;由于LED燈源體積小,使用變化大,因此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可以讓LED燈具有別于傳統(tǒng)熒光燈或HID燈具,展現(xiàn)更多樣化的連接方式,因此LED照明燈具不論是取代式燈泡或者是新一代的LED照明模塊,皆為上述技術(shù)的整合。
 
根據(jù)J.P. Morgan 2010的研究亦顯示,2015LED燈泡在全球照明市場(chǎng)的滲透率可達(dá)40%,約近40億顆的銷售量;并預(yù)計(jì)在2018年前達(dá)到75%的滲透率?!脯F(xiàn)在市場(chǎng)上已有不少供貨商開始生產(chǎn)制造各種不同類型的LED燈泡,以便供消費(fèi)者進(jìn)行選擇?!鼓壳坝捎谝粋€(gè)光通量等同40W、470lm白熾燈泡的LED燈泡市場(chǎng)價(jià)格約20美元,60W、800lm白熾燈泡的LED燈泡其市場(chǎng)價(jià)格更是高達(dá)每個(gè)40美元,由于價(jià)格因素使得一般民眾對(duì)LED燈泡的接受度仍不高。
 
依據(jù)SSL制造成本的分析數(shù)據(jù)顯示,只是Thermal and Metal Bending、Driver/Power Supply、LED Back-End Process這3項(xiàng)與散熱及驅(qū)動(dòng)裝置相關(guān)的零組件,就占去一個(gè)LED燈泡高達(dá)80%的成本;而其余的Luminaire Optics、Luminaire Assembly、Phospor…等項(xiàng)目,其總和則不到成本的20%。至于實(shí)際與LED相關(guān)的零組件,更是占不到5%的比例。
 
HV 芯片+ Ceramic 基板 + COB 封裝:室內(nèi)照明燈具最佳解決方案
 
以往LED照明業(yè)者老是強(qiáng)力要求LED產(chǎn)品供貨商降低供貨售價(jià),根本就是搞錯(cuò)方向,對(duì)于LED燈泡價(jià)格的改善是于事無補(bǔ)。如何思索新的設(shè)計(jì)模型,以便在兼顧效能與成本的需求下,發(fā)掘出最合理的LED燈泡新BOM表,才是值得業(yè)者投入的方向。 
 
而這當(dāng)中又以LED產(chǎn)生熱量的處理方式最為重要。若未能有效解決散熱問題,就會(huì)提高接面甚至是整體芯片之溫度,芯片的高溫會(huì)導(dǎo)致LED造成下列的影響:
 
1. 降低發(fā)光效率:不同的溫度下,發(fā)光效率對(duì)溫度的關(guān)系圖如下圖,發(fā)光的效率會(huì)隨著溫度的提升而減少。
 
HV 芯片+ Ceramic 基板 + COB 封裝:室內(nèi)照明燈具最佳解決方案
 
2. LED芯片的損壞:一般設(shè)計(jì)發(fā)光二極管的工作溫度不超過120℃,若在超過芯片可承受之高溫下運(yùn)作,則會(huì)造成芯片的失效及損壞。 
 
3. LED之壽命衰退:承接著第2點(diǎn),在高溫之下點(diǎn)亮的LED其使用壽命也隨之減少。 
 
4. 中心波長(zhǎng)偏移:隨著芯片溫度的提升,中心波長(zhǎng)會(huì)有所偏移,而此偏移現(xiàn)象會(huì)造成LED的色彩變化。 
 
5. 封裝材材料化:用于LED的封裝材料多為高分子材料,若持續(xù)在高溫下作用,會(huì)使封裝的材料脆化及劣化。
 
二、 HV LED簡(jiǎn)介
 
隨著發(fā)光二極管的制程技術(shù)以及效率的不斷提升,為了配合市場(chǎng)的發(fā)展需求,朝著更大功率及更高亮度來發(fā)展,也就是說高功率的LED已經(jīng)成為趨勢(shì)。HV LED不僅能將家用交流電源透過外接全波整流器來驅(qū)動(dòng),也可以利用直流電來驅(qū)動(dòng),應(yīng)用的范圍相當(dāng)?shù)膹椥?。而高壓發(fā)光二極管的芯片的發(fā)光效率比一般在正負(fù)半周轉(zhuǎn)換的AC LED要高。
 
HV 芯片+ Ceramic 基板 + COB 封裝:室內(nèi)照明燈具最佳解決方案
 
也因?yàn)镠V LED高電壓的特性,使得在相同電功率輸入時(shí),相對(duì)于傳統(tǒng)的DC LED芯片結(jié)構(gòu)而言,可降低流過HV LED每塊微晶粒之電流,也因?yàn)镠V LED小電流、多微晶粒的設(shè)計(jì),因此可提高電流分布的均勻性。HV LED單元間的互聯(lián)是利用基板上的布線完成的,封裝制程簡(jiǎn)單,封裝成本相對(duì)低廉,因此高壓低電流的設(shè)計(jì)產(chǎn)生更佳的發(fā)光效率。
 
相比低壓LED,高壓LED有兩大明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì):
 
第一,在同樣輸出功率下,高壓LED所需的驅(qū)動(dòng)電流大大低于低壓LED。
 
第二,高壓LED可以大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換效率損失。
 
HV 芯片+ Ceramic 基板 + COB 封裝:室內(nèi)照明燈具最佳解決方案
 
三、 HV芯片+Ceramic基板+COB封裝
 
隨著LED朝著高功率方向的發(fā)展,導(dǎo)熱、散熱相關(guān)問題的解決也勢(shì)在必行,而解決此類問題的途徑也相當(dāng)多元化。針對(duì)大功率LED照明的散熱技術(shù),采用陶瓷基板。由于具有與半導(dǎo)體有接近的熱膨脹系數(shù)與較高的耐熱能力,能有效地解決熱歪斜及高溫工藝問題。陶瓷基板特性如下:
 
1.可用于PKG數(shù)組封裝。
 
2.可用于高電壓、高溫度的制程并與LED有良好的熱膨脹匹配系數(shù)。
 
3.厚度薄、尺寸小散熱性佳。
 
4.工作溫度非常高,可適用高功率LED使用。
 
5.壽命長(zhǎng)、可抗腐蝕、耐高溫、物理特性穩(wěn)定。
 
在COB封裝中,由于散熱路徑較短,LED芯片由工作中產(chǎn)生的熱能可以有效傳遞至散熱片,因?yàn)榫哂羞@樣的特性,COB封裝可以比傳統(tǒng)離散式組件封裝維持更低的LED芯片接面溫度。LED接面溫度在LED壽命與效能表現(xiàn)扮演相當(dāng)關(guān)鍵的角色,較低的接面溫度由于劣化程度較低,因此壽命較長(zhǎng),此外,LED在溫度較低時(shí),每單位功率輸入的光輸出也較高。簡(jiǎn)單來說,COB封裝可讓終端使用者以更少的溫度管理需求或更低的系統(tǒng)成本,得到比傳統(tǒng)離散式組件封裝更好的效能產(chǎn)品。
HV 芯片+ Ceramic 基板 + COB 封裝:室內(nèi)照明燈具最佳解決方案
 
四、 結(jié)論:
 
長(zhǎng)久以來,LED的散熱問題是影響其發(fā)光效率的關(guān)鍵,因此成為照明業(yè)者努力改善的重點(diǎn)課題。其中,封裝技術(shù)對(duì)于LED的散熱效能扮演著相當(dāng)重要的角色,尤其是因應(yīng)照明應(yīng)用的需要,高功率LED的封裝技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向亦引發(fā)關(guān)注,現(xiàn)在COB型LED陶瓷基板具有比支架低的熱阻系數(shù),是最適合高瓦數(shù)LED的封裝結(jié)構(gòu)。
 
隨著LED芯片發(fā)光效率的提升,未來照明勢(shì)必以成本及可靠度為第一考慮因素。因此Stately綜元光源采用的HV 芯片+Ceramic基板+COB封裝是目前室內(nèi)照明系統(tǒng)光、機(jī)、電、熱提最佳的解決方案。
 
 
 
 
 
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