白光大功率LED长寿低耗电技术

白光LED温升问题具体方法是降低封装的热阻抗;维持LED的使用寿命具体方法，是改善芯片外形、采用小型芯片;改善LED的发光效率具体方法是改善芯片结构、采用小型芯片;至于发光特性均匀化具体方法是LED的改善封装方法，一般认为2005~2006年白光LED可望开始采用上述对策。

有关LED的使用寿命，例如改用硅质密封材料与陶瓷封装材料，能使LED的使用寿命提高10%，尤其是白光LED的发光频谱含有波长低于450nm短波长光线，传统环氧树脂密封材料极易被短波长光线破坏，高功率白光LED的大光量更加速密封材料的劣化，根据业者测试结果显示连续点灯不到一万小时，高功率白光LED的亮度已经降低一半以上，根本无法满足照明光源长寿命的基本要求。

有关LED的发光效率，改善芯片结构与封装结构，都可以达到与低功率白光LED相同水准，主要原因是电流密度提高2倍以上时，不但不容易从大型芯片取出光线，结果反而会造成发光效率不如低功率白光LED的窘境，如果改善芯片的电极构造，理论上就可以解决上述取光问题。

有关发光特性均匀性，一般认为只要改善白光LED的荧光体材料浓度均匀性，与荧光体的制作技术应该可以克服上述困扰。

如上所述提高施加电力的同时，必需设法减少热阻抗、改善散热问题，具体内容分别是：

①降低芯片到封装的热阻抗

②抑制封装至印刷电路基板的热阻抗

③提高芯片的散热顺畅性

为了要降低热阻抗，许线圈电感器多国外LED厂商将LED芯片设在铜与陶瓷材料制成的散热鳍片(heatsink)表面，接着再用焊接方式将印刷电路板上散热用导线，连接到利用冷却风扇强制空冷的散热鳍片上，根据德国OSRAMOptoSemiconductorsGmb实验结果证实，上述结构的LED芯片到焊接点的热阻抗可以降低9K/W，大约是传统差模电感LED的1/6差模电感左右，封装后的LED施加2W的电力时，LED芯片的接合温度比焊接点高18K，即使印刷电路板温度上升到500C，接合温度顶多只有700C左右;相较之下以往热阻抗一旦降低的话，LED芯片的接合温度就会受到印刷电路板温度的影响，如此一来必需设法降低LED芯片的温度，换句话说降低LED芯片到焊接点的热阻抗，可以有效减轻LED芯片降温作业的负担。反过来说即使白光LED具备抑制热阻抗的结构，如果热量无法从封装传导到印刷电路板的话，LED温度上升的结果发光效率会急遽下跌，因此松下电工开发印刷电路板与封装一体化技术，该公司将1mm正方的蓝光LED以flipchip方式封装在陶瓷基板上，接着再将陶瓷基板粘贴在铜质印刷电路板表面，根据松下表示包含印刷电路板在内模块整体的热阻抗大约是15K/W左右。

由于散热鳍片与印刷电路板之间的密着性直接左右热传导效果，因此印绕行电感器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公司2004年开始样品出货的白光LED封装，不需要特殊接合技术也能够将厚约2~3mm散热鳍片的热量直接排放到外部，根据该公司表示虽然LED芯片的接合点到散热鳍片的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，不过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公司2005年开始样品出货的高功率LED芯片，接合容许温度更高达+1850C，比其它公司同级产品高600C，利用传统RF4印刷电路板封装时，周围环境温度400C范围内可以输入相当于1.5W电力的电流(大约是400mA)。

如以上介绍Lumileds与CITIZEN公司采取提高接合点容许温度，德国OSRAM公司则是将LED芯片设在散热鳍片表面，达成9K/W超低热阻抗记录，该记录比OSRAM过去开发同级品的热阻抗减少40%，值得一提是该LED模块封装时，采用与传统方法相同的flipchip方式，不过LED模块与热鳍片接合时，则选择最接近LED芯片发光层作为接合面，借此使发光层的热量能够以最短距离传导排放。

2003年东芝Lighting公司曾经在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，试作光束为300lm的LED模块，由于东芝Lighting公司拥有丰富的试作经验，因此该公司表示由于仿真分析技术的进步，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。

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