解析大功率LED的封裝特殊性及散熱因素

目前應(yīng)用于半導(dǎo)體照明的大功率LED形態(tài)各異，各有優(yōu)劣，業(yè)內(nèi)人士對(duì)其形態(tài)發(fā)展趨勢(shì)看法也不盡一致。從發(fā)光效率、應(yīng)用難度和成本考慮，照明用的大功率LED主流光源依然是直接白光LED，而非RGB調(diào)控混色產(chǎn)生白光的LED；從熱量管理、發(fā)光效率、制造難度和可靠性等方面考慮，10W以下的分立大功率LED仍然是照明光源的主流形式，多芯片陣列組合的超大功率的LED（10W以上）將主要用于個(gè)性化的特種照明燈具；因應(yīng)不同照明產(chǎn)品類別的應(yīng)用需求，將發(fā)展出若干種新的大功率LED主流封裝形態(tài)。半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)上和光學(xué)特性上有也自身的特點(diǎn)，因此，半導(dǎo)體路燈應(yīng)該按照這些特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)燈具。

做LED路燈首先要考慮照射范圍。路燈要求的是路面照明效果，照空中和路邊的空地不是路燈的任務(wù)。因此，要用多種角度組合的發(fā)光管或者用反光鏡的方法有效的控制光線的分布范圍，使發(fā)光管發(fā)出的光成為一個(gè)長(zhǎng)條形光帶沿路面方向鋪展，實(shí)踐證明，這樣制作的半導(dǎo)體路燈90瓦左右的功率就能超過(guò)250瓦納燈對(duì)路面的照明效果，節(jié)能效果顯著。

要做好半導(dǎo)體路燈首先要合理的選用發(fā)光管。一般來(lái)說(shuō)，做半導(dǎo)體路燈既可以選用小功率發(fā)光管，也可以選用大功率發(fā)光管。但是，實(shí)踐證明，小功率發(fā)光管雖然有發(fā)光器件成本低的優(yōu)勢(shì)，但是，其光衰卻比大功率發(fā)光管快，并且用的管數(shù)太多，裝配麻煩，綜合考慮，選用大功率發(fā)光管比較合理。從目前大功率發(fā)光管的技術(shù)水平來(lái)看，1瓦管光效比較高，用于照明節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。和1瓦的發(fā)光管相比，3瓦的發(fā)光管光效低于1瓦管，同等光通量下價(jià)格優(yōu)勢(shì)也不明顯，目前選用1瓦管做路燈光源更為合理。

LED封裝的特殊性

　　LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來(lái)的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護(hù)管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號(hào)，保護(hù)管芯正常工作，輸出：可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，無(wú)法簡(jiǎn)單地將分立器件的封裝用于LED。

　　LED的核心發(fā)光部分是由p型和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)管芯，當(dāng)注入pn結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會(huì)發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個(gè)方向發(fā)射有相同的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來(lái)，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與包封材料，應(yīng)用要求提高LED的內(nèi)、外部量子效率。常規(guī)Φ5mm型LED封裝是將邊長(zhǎng)0.25mm的正方形管芯粘結(jié)或燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過(guò)球形接觸點(diǎn)與金絲，鍵合為內(nèi)引線與一條管腳相連，負(fù)極通過(guò)反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。

大功率LED注意事項(xiàng)

（一）LED貯存

1.LED最佳貯存條件：溫度10℃-26℃ 濕度40%-80 %包裝袋密封保存.

2.LED貯存最高溫度不超過(guò)100℃,最低溫度不低于-40℃.

3.LED內(nèi)包裝袋開封后重新貯存一定要封口密封.

4.LED內(nèi)箱貯存不要超過(guò)四層，外箱貯存最好不要超三層.

5.LED貯存內(nèi)外箱不要直接與地面接觸 ，以便紙箱吸潮.

6.LED貯存半年后需重新分光分色，以防LED光電特性發(fā)生變化.

（二）LED運(yùn)輸

1. LED在運(yùn)輸過(guò)程中高度不超過(guò)3層，以防跌落壓碎.

2.LED在運(yùn)輸過(guò)程中需防潮，防振，嚴(yán)禁高拋高落.

3.LED運(yùn)輸過(guò)程中嚴(yán)禁同危險(xiǎn)物品一起運(yùn)輸.

4.LED運(yùn)輸過(guò)程外箱上層嚴(yán)禁堆放其它貨物.

5.LED運(yùn)輸需密封式運(yùn)輸，嚴(yán)禁外箱裸露在大氣層中運(yùn)輸.

（三）LED應(yīng)用生產(chǎn)

1．IQC一定要戴手套或手指套進(jìn)行檢查，臺(tái)面也要接地，包裝袋開口后及時(shí)封口，防止腳位氧化及被靜電擊傷。

2．LED在上板時(shí)，這一過(guò)程主要是靜電的防護(hù)。

A：生產(chǎn)前檢點(diǎn)機(jī)臺(tái)設(shè)備接地線是否正常。

B：檢查人員靜電環(huán)是否正常。

大功率LED熱阻的影響因素

熱阻(thermal resistance)，是物體對(duì)熱量傳導(dǎo)的阻礙效果。熱阻的單位為℃/W，即物體持續(xù)傳熱功率為1W時(shí)，導(dǎo)熱路徑兩端的溫差。LED的熱阻是指LED點(diǎn)亮后，熱量傳導(dǎo)穩(wěn)定時(shí)，芯片表面每1W耗散，PN結(jié)點(diǎn)的溫外與連線的支加或散熱基板之間的溫度差就是LED的熱阻Rth。熱阻值一般常用θ或是R表示，其中Tj為接面位置的溫度，Tx為熱傳到某點(diǎn)位置的溫度，P為匯入的發(fā)熱功率。熱阻大表示熱不容易傳遞，因此套件所產(chǎn)生的溫度就比對(duì)高，由熱阻可以判斷及預(yù)測(cè)套件的發(fā)熱狀況?！?W數(shù)值越低，表示芯片中的熱量向外界傳導(dǎo)越快。因此，降低了芯片中PN結(jié)的溫度有利于LED壽命的延長(zhǎng)。

　　那么影響LED組件熱阻的主要因素有哪些呢？如何降低LED組件的熱阻呢？

　　1、LED芯片架構(gòu)與原物料也是影響LED熱阻大小的因素之一，減少LED本身的熱阻是先期條件。

　　2、不同導(dǎo)熱系數(shù)的熱沉材料，如銅、鋁等對(duì)于LED熱阻大小的影響也很大，因此選取合適的熱沉材料也是降低LED組件熱阻的方法之一。

　　3、即使用相同的熱沉材料，也和散熱面積的大小有直接關(guān)系，二次散熱設(shè)計(jì)好，面積大。