PCBニュース - PCBメーカー、高出力LED照明技術の検討

PCBメーカー、高出力LED照明技術の検討

高輝度発光ダイオード（LED）はその消費電力が低く、寿命が長く、応答速度が速く、点滅がなく、体積が小さく、汚染がなく、集積しやすいなどの利点で、伝統的な照明業界をグレードアップする次世代光源となりつつある。省エネ・排出削減と環境保護がますます注目される今日、半導体照明はPCBA加工の新たな経済成長点となり、世界各国の政府、科学技術界、業界から高度に重視されている。これまで、米国、日本、欧州、中国、台湾はそれぞれ半導体照明計画を打ち出しており、大電力LED照明産業は最も注目される産業の一つとなっている。注目すべきは、これまで、上流エピタキシャルチップ技術は基本的に成熟して定型化されており、低コスト、高品質のLEDチップは照明需要を満たすことができる。現在、価格設定権は中流パッケージと下流アプリケーション端末市場へ移行し、発展している。これは、誰がチップをうまく応用すれば、誰が長寿命で効率的な高出力LED照明製品を作ることができ、誰がLED産業の最終的な勝者になる可能性があることを意味している。高出力LED照明パッケージと応用における問題点を重点的に紹介した。最も重要なのは、高出力LED照明の放熱問題をどのように解決するかである。これは構造設計と工学応用における技術的な問題だけでなく、熱管理モデルにも関連している。流体力学や他の科学的な問題もあります。従来の「シート型アルミニウム基板−放熱三層構造」の大出力LEDシリーズ照明技術とは全く異なる。我々が開発した「チップ放熱集積（2層構造）集積高出力LED照明シリーズランプ」は技術路線の中にあり、この方面は革命性と転覆性の意義があり、大出力LED照明器具業界の新たな発展方向となるだろう。

1.高出力LED照明製品の現状現在、LEDの発光効率は約30%の電気エネルギーを光に変換でき、その他の70%の電気エネルギーはほとんどすべて熱に変換でき、これはLEDの温度を高めた。その発生する熱は非常に小さいため、低電力LEDは、計器ランプ、信号灯、小型LCDスクリーンバックライトなどの放熱対策なしによく使用することができます。しかし、大出力LEDにとって、商業建築、道路、トンネル、工鉱などの照明分野に使用される場合、その放熱は大きな問題である。LEDチップの熱が消失しなければ、チップの老化、光減衰、色ずれを加速させ、LEDの寿命を短縮する。そのため、大電力LED照明システムの構造モデルと熱管理設計は非常に重要である。現在、市場ではすべての大電力LED照明器具は「チップアルミニウム基板放熱器三層構造モデル」を採用しており、チップがアルミニウム基板上にパッケージされてLED光源モジュールを形成し、その後、光源モジュールを放熱器上に置き、大電力LED照明器具を製造している。なお、現在の大電力LEDの熱管理システムは、初期LEDをランプと表示ランプに使用する方式を採用しており、低電力LEDの熱管理モードに属している。「チップ-アルミニウム基板放熱器三層構造モード」を用いて大出力LED照明を製造すると、システム構造には構造間の接触抵抗が高く、接合温度が高く、放熱効率が低いなどの明らかな不合理な点が存在し、そのため、チップから放出された熱は有効に放出され、消散できず、LED照明器具の光効率が低く、光減衰が大きく、寿命が短く、照明需要を満たすことができない。パッケージの放熱能力をどのように高めるかは、現段階で大電力LEDが解決しなければならない重要な技術の1つである。LED照明製品の発展方向と重点は：大電力、低熱抵抗、高光出力、低光減衰、体積が小さく、重量が軽いことで、LEDの放熱効率に対する要求がますます高くなっている。しかし、構造、コスト、消費電力など多くの要素の制限のため、大電力LED照明は能動放熱機構を採用することが難しく、受動放熱機構しか採用できない。しかし、受動放熱にはより大きな限界があり、また、LEDのエネルギー変換効率は相対的に高い。低、現在も約70%のエネルギーが熱に変換されており、光効率が2倍になっても、40%のエネルギーが熱に変換されている。つまり、放熱を考慮しない程度に高めることは難しいため、長期的に見ると、高出力LED照明の放熱問題は長期的に存在する問題になるだろう。現在、大電力LEDが照明に応用されるタイミングは成熟しており、自然放熱機能を有する高効率熱管理システムの開発は大電力LED照明の産業化の前提と重要な要素となっている。そのため、高出力LED照明の放熱問題を徹底的に解決するための新しい技術ルートとシステム構造が必要である。

2.大電力LED照明業界の新技術路線既存の大電力LED発光放熱技術に鑑み、熱抵抗が多く、放熱が低いという問題がある。「チップ放熱統合（2層構造）モード」により、光効率が低く、光減衰が深刻で、コストが高いという問題を解決しようとした。より高級な一連の問題。2.1技術路線「チップ放熱集積（二層構造）モード」はアルミニウム基板構造を除去しただけでなく、複数のチップを放熱器に直接置き、マルチチップモジュールと単一光源を形成し、集積した大出力LED灯具を作成し、光源は単一光源であり、表面光源またはクラスター光源である。2.2技術の肝心な点はどのようにチップの熱伝導性を高め、熱抵抗界面層を下げ、熱管理システムの構造モデル、流体力学、超伝導熱材料の工学応用などの問題に関連する。どのように効率的に放熱基板の蓄熱を制御し、対流放熱経路を計画し、効率的な自然対流放熱システムを構築するかは主に灯具構造の設計から始まる。2.3技術解決方案はLED光源パッケージ構造、放熱構造と灯具構造モードを変更することによって熱抵抗層を低減する、超伝導熱材料を用いて、チップ熱源の熱伝導率を高める、「チップ放熱一体化二層構造」に基づく熱管理システムを最適化し、空気の流れを増加させて自然対流放熱を形成する。2.4設計理念はモジュール化方法を用いて大電力LEDランプを製造する。光源、放熱、形状構造などは完全なモジュールにパッケージされ、これらのモジュールは互いに独立している。どのモジュールも個別に交換できます。部品に障害が発生した場合は、障害のあるモジュールを交換するだけです。他のモジュールを交換するか、モジュール全体を交換して正常な動作を続けます。照明器具のすべてのモジュール部品は素手で着脱でき、便利、迅速、低コストのメンテナンスを実現する。2.5設計の要点システムのモジュール化に対して、照明器具の放熱と交換要求を満たすほか、LED照明器具の光学（光学効率）要求と製造（市場）要求を満たさなければならない。チップと放熱一体化構造の紹介「チップ放熱一体化（二層構造）モード」は新型LED光源パッケージモード、構造モードと熱管理システムモードである。この技術モデルを用いて製造された高出力LED照明ランプは放熱問題を完全に解決しただけでなく、光分布、光効果、寿命とメンテナンスなどの問題を効果的に解決し、長寿命と高光効果を発展させた。街灯、筒灯、トンネルランプ、ハイキックランプ、ヘッドライト、景観灯などの照明設備などの高出力LED製品。

3.1技術特徴3.1.1チップとアルミニウム合金＋超伝導熱材料複合基体（放熱器）を一つの全体に接続し、独特な大電力LEDパッケージ技術を採用し、複数のチップを放熱基板に直接パッケージし、チップと放熱基板を熱抵抗が小さく、放熱基板全体を完全な灯具とし、集積した大電力発光ダイオード照明素子を形成する。3.1.2熱管理システムは生体工学原理に基づいて設計し、チップと放熱が一体化した二層構造熱抵抗モデルを構築し、それに基づいて結温計算と寿命予測を行う。チップ放熱一体化二層構造の特徴は熱源チップを放熱器に直接パッケージすることであるを選択します。熱源温度が上昇するにつれて、空気は多孔質ラジエータを流れる。これらの穴は、安全な使用温度範囲内でチップが正常に動作することを保証するために、空気対流のための流路を提供します。先進的な熱伝導と熱対流システムは良好な放熱効果を保証し、さらにチップの発光効率を高めた。3.1.3チップ（45 mil*45 mi 1）は集積パッケージ（チップが小面積に集中）を採用し、発光効率のより高い面光源を獲得し、高い光束密度、高い総光束、低いグレアの特徴を持っている。現在、上述の技術を利用して街灯、トンネルランプ、ボビンランプ、スポットライトなどの高出力LED照明器具を製造している。また、現在、高出力LED自動車のヘッドライトは放熱を強化するために扇風機が必要であり、市場応用の需要を満たすことが困難である。2層構造のクラスター式高出力LED自動車ヘッドライトは、自動車照明業界におけるLED光源の使用問題を解決した。自動車ヘッドライト製造の限界3.2製品技術指標と優位性（1）高効率放熱：自然放熱方式を採用し、大出力LEDの放熱問題（温度差＜4℃、放熱器温度＜60℃、環境温度＞35℃の条件下で測定）を徹底的に解決する、（2）大電流：チップに供給する定格電流は400-450 mA、（3）光効果が高い：全体の光効果は90.9 lm/Wに達し、（4）寿命長：＞5万時間、（5）低光減衰：国家灯具品質監督検査センターの検査結果：1000 h寿命試験光減衰なし、（6）集積型：集積型はCOR（Chip On Radiator）であり、つまりチップがヒートシンクに直接集積され、アルミニウム基板に集積して接着されたCOB（Chip On-Board）集積型とは全く異なる。集積チップは単一チップであり、表面光源、単一光源またはクラスター型光源（ガラスレンズを装着）発光である、（7）照明効果は従来の非LED光源と同じで、人間の光使用習慣を変えない、（8）構造が簡単：メンテナンスが容易で、全体の交換が必要ない。大電力LED照明業界の技術発展方向現在、大電力LED発光業界の技術路線には、「チップアルミニウム基板放熱器（3層構造）モデル」の技術路線に沿って発展し続けること、第二に、「チップ放熱集積（2層構造）モデル」技術路線を発展させる。「チップ放熱一体化構造」は新興技術である。このような構造の中で、チップを除いて、その他はすべて全く新しいもので、チップの放熱集積、パッケージ、電源、プラント、テスト、甚だしきに至っては標準などを含む。それは大出力LED照明製品に寿命、光効率、品質、設計、制御性、コストなどの面で明らかな優位性を持たせ、「チップアルミニウムベース放熱器三層構造モデル」と比べて、これは我が国の大出力高効率半導体固体照明の研究、応用と産業化が多くのことができる新しい分野である。