PCB新聞 - PCB製造商，大功率LED照明科技探討

PCB製造商, discussion on high-power LED lighting technology

High-brightness light-emitting diodes (LEDs) are becoming a new generation of light sources for upgrading the traditional lighting industry due to their low power consumption, 長壽命, 快速回應速度, 無閃爍, 小尺寸, 無污染, 易於集成. 今天, 節能時, 减排, 環境保護日益受到關注, 半導體照明已成為中國新的經濟增長點 PCBA加工, 它受到了各國政府的高度重視, 世界科技界和工業界. 目前為止, 美國, 日本, 歐洲, 中國大陸和臺灣都推出了各自的半導體照明計畫, 而大功率LED照明產業已成為最引人注目的產業之一.
值得注意的是，現時上游外延晶片科技已經基本成熟並定型, 並且低成本和高品質的LED晶片可以滿足照明的需要. 現在，定價權正在向中游包裝和下游應用終端市場轉移和發展. 這意味著任何人都可以很好地應用晶片, 製造長壽命, 高效大功率LED照明產品, 誰有可能成為LED行業的最終贏家. 大功率LED照明封裝和應用中存在的問題已得到強調. 最重要的是如何解决大功率LED照明的散熱問題. 這不僅是結構設計和工程應用中的一個科技問題, 但也涉及熱管理模式. 流體力學和其他科學問題. 它與現有的“晶片”完全不同-鋁基板-一種散熱3層結構的大功率LED系列照明科技. The "chip-散熱 integration (two-layer 結構) integrated high-power LED lighting series lamp" developed by us is in the technical route This aspect may have revolutionary and subversive significance, 這將成為大功率LED照明行業的一個新的發展方向.

1. Current status of high-power LED lighting products
現時, LED的發光效率可以將大約30%的電能轉換為光, 幾乎所有其他70%的電能都轉化為熱能, 這會提高LED的溫度. 因為它產生的熱量很小, 在沒有散熱措施的情况下，可以很好地使用低功率LED, 如儀錶燈, 信號燈, 和小尺寸LCD荧幕背光. 但對於大功率LED, 用於商業建築時, 道路, 隧道, 工礦及其他照明領域, 它的散熱是一個大問題. 如果LED晶片的熱量無法散發, 這將加速晶片的老化, 光衰减, 顏色偏移, 並縮短LED的壽命. 因此, 大功率LED照明系統的結構模式和熱管理設計非常重要.
現時, 市場上所有大功率LED照明燈具均採用“晶片”-鋁基板-散熱器3層結構模型“, 那就是, 晶片封裝在 鋁基板 形成LED光源模塊, 然後將光源模塊放置在散熱器上，使其成為大功率LED照明燈具.
需要指出的是，現時大功率LED的熱管理系統仍然採用早期LED用於指示燈和顯示燈的管道, 屬於低功率LED的熱管理模式. 使用“晶片”-鋁基板-“散熱器3層結構模式”製備大功率LED照明, 制度結構存在明顯不合理之處, 例如結構之間的高接觸電阻, 高結溫, 散熱效率低, 囙此，晶片釋放的熱量無法有效排出和耗散, 導致光效率低, 大光衰减, LED照明燈具壽命短, 無法滿足照明需求.
如何提高封裝的散熱能力是現階段大功率led迫切需要解决的關鍵技術之一. LED照明產品的發展方向和重點是：大功率, 低熱阻, 高光輸出, 低光衰减, 小尺寸, 重量輕, 這使得對LED散熱效率的要求越來越高.
然而, 由於結構等諸多因素的限制, 成本和功耗, 大功率LED照明很難採用主動散熱機制, 但只能使用被動散熱機制. 然而, 被動散熱有較大的局限性； LED的能量轉換效率相對較高. 低的, 現時約70%仍轉化為熱量, 即使光效率加倍, 40%的能量轉化為熱量. 也就是說, 如果不考慮散熱，則很難改進, 所以從長遠來看, 大功率LED照明的散熱問題將是一個長期存在的問題.
現在，大功率LED用於照明的時機已經成熟, 開發具有自然散熱的高效熱管理系統已成為大功率LED照明產業化的先決條件和關鍵因素. 因此, 為了徹底解決大功率LED照明的散熱問題，需要一種新的技術路線和系統結構.

2. New technical route for high-power LED lighting industry
In view of the existing high-power LED lighting heat dissipation technology, 存在多個熱阻和低散熱問題. 我們試圖解决光效率低的問題, 嚴重的光衰减, and 費用 through the "chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode". 更高系列的問題.
2.1 Technical route
The "chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode" not only removes the 鋁基板 structure, 還可以將多個晶片直接放置在散熱器上，形成多晶片模塊和單個光源, 它是一種集成化的大功率LED燈具, 光源是單個光源, 哪種是表面光源還是簇光源.
2.2 Technical key
How to enhance the thermal conductivity of the chip and reduce the thermal resistance interface layer involves issues such as the structural model of the thermal management system, 流體力學, 超導熱資料的工程應用； 如何有效控制散熱基板的蓄熱, 規劃對流散熱路徑, 而建立高效的自然對流散熱系統主要從燈具結構的設計開始.
2.3 Technical solution
Reduce the thermal resistance layer by changing the LED light source 包裝材料 structure, 散熱結構和燈具結構模式； 採用超導熱資料提高晶片熱源的導熱性； 優化基於“晶片散熱一體化雙層結構”的熱管理系統，新增氣流形成自然對流散熱.
2.4 Design ideas
A modular approach is adopted to prepare high-power LED lamps. 光源, heat dissipation, 形狀結構, 等. 被打包成一個完整的模塊, 各模塊相互獨立. 任何模塊均可單獨更換. 當零件出現故障時, 只需更換有故障的模塊. 更換其他模塊或更換整個模塊以繼續正常運行. 燈具的所有模塊零件都可以徒手拆卸和組裝, 實現便捷, 快速、低成本的維護.
2.5 Design points
For the modularization of the system, 除滿足燈具散熱及更換要求外, it must also meet the optical (optical efficiency) requirements and styling (market) requirements of LED lighting lamps.
3. Introduction to the integrated structure of chip and heat dissipation
"Chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode" is a new type of LED light source packaging mode, 結構模式和熱管理系統模式. 採用該科技模型製備的大功率LED照明燈具不僅完全解决了散熱問題, 同時也有效地解决了光分佈等問題, 光效率, 壽命和維護, 並且開發了長壽命和高光效率. 大功率LED產品, 比如路燈, 筒燈, 隧道燈, 高架燈, 汽車前照燈, 景觀燈和其他照明設備.

3.1 Technical characteristics
3.1.1 Connect the chip and the aluminum alloy + super thermal conductive 材料 composite matrix (heat sink) as a whole, 採用獨特的大功率LED封裝技術, 並將多個晶片直接封裝在散熱基板上, 使晶片和散熱基板的熱阻更小, 整個散熱基板是一個完整的燈, 形成集成的大功率LED照明組件.
3.1.2熱管理系統是基於仿生學原理設計的, 建立了集成晶片散熱雙層結構的熱阻模型, 並對其進行了結溫計算和壽命預測.
集成兩層晶片散熱結構的特點是熱源晶片直接封裝在散熱器上. 隨著熱源溫度的升高, 空氣在多孔散熱器中流動. 這些孔為空氣對流提供了流動通道, 熱量自動釋放，確保晶片在安全使用溫度範圍內正常工作. 先進的導熱和對流系統保證了良好的散熱效果，進一步提高了晶片的發光效率.
3.1.3 The chip (45mil*45mi1) is packaged in an integrated manner (the chip is concentrated in a small area) to obtain a surface light source with higher luminous efficiency, 具有高光通量密度的特點, 高總光通量, 低眩光.
At present, 大功率LED照明設備，如路燈, 隧道燈, 筒燈, 聚光燈, 等. 已使用上述科技製備. 此外, 當前的大功率LED汽車前照燈需要電風扇來增强散熱, 這很難滿足市場應用的需要. 由兩層結構製成的集羣式大功率LED汽車前照燈解决了在汽車照明行業使用LED光源的問題. Limitations of manufacturing car headlights
3.2 Product technical indicators and advantages
(1) Efficient heat dissipation: Use natural heat dissipation methods to completely solve the heat dissipation problem of high-power LEDs (temperature difference <4 degree Celsius, radiator temperature <60 degree Celsius, measured under the condition of ambient temperature>35 degree Celsius);
(2) High current: the rated current supplied to the chip is 400-450mA each;
(3) High 光效率: the whole light effect reaches 90.9 lm/W;
(4) Long life: >50 000h;
(5) Low light decay: The test result of the National Luminaire Quality Supervision and Inspection Center is: There is no light decay in the 1,000h life test;
(6) Integrated type: The integrated type is COR (Chip On Radiator), 那就是, 該晶片直接集成在散熱器上, which is completely different from the COB (Chip On Board) integrated type that is integrated and bonded on the 鋁基板. 集成晶片是單個晶片, 這是一個表面光源, a single light source or a cluster type
The light source (installed with glass lens) emits;
(7) The lighting effect is the same as the traditional non-LED light source, and does not change the light consumption habits of human beings;
(8) Simple structure: easy to maintain, 無需整體更換.
4. Technology development direction of high-power LED lighting industry
At present, 大功率LED照明產業的技術路線, 我們認為有兩種選擇：一是繼續沿著“晶片”的技術路線發展-鋁基板-radiator (three-layer structure) mode"; the other is Develop the "chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode" technical route. “晶片散熱集成結構”是一項新興技術. 在此結構中, 除了晶片, 其他一切都是全新的, 包括晶片散熱集成, packaging, 電源, 成套設備, 測試, 甚至是標準, 等., 這使得大功率LED照明產品在使用壽命方面具有明顯優勢, light efficiency, 質量, 設計, 可控性, cost, 等., 與“晶片”相比-鋁基板-散熱器3層結構模型“, 這是我國大功率高效率電晶體固態照明的研究方向, 應用和產業化可以成為一個新的領域，可以做很多事情.