提高大功率LED散热和出光封装材料的研究

阐述了LED封装材料对大功率LED散热和出先的影响及大功率LED的发展趋势.指出目前大功率LED研究的瓶颈是如何提高散热和出光以及封装互连材料在提高大功率LED散热.和出光方面所具有的重要影响.讨论了芯片粘结材料、荧光粉、灌封胶、散热基板等.分析了导热胶、银浆和合金钎料、陶瓷基板、金属基板、复合基板,讨论了对出光影响比较大的灌封胶和荧光粉的选用,指出了未来的研究重点.     

大功率LED低热阻封装技术进展

散热是大功率LED封装的关键技术之一,散热不良将严重影响LED器件的出光效率、亮度和可靠性。影响LED器件散热的因素很多,包括芯片结构、封装材料(热界面材料和散热基板)、封装结构与工艺等。文章具体分析了影响大功率LED热阻的各个因素,指出LED散热是一个系统概念,需要综合考虑各个环节的热阻,单纯降低某一热阻无法有效解决LED的散热难题。文中还对国内外降低LED热阻的最新技术进行了介绍。     

新型封装材料与大功率LED封装热管理

高效散热封装材料的合理选择和有效使用是提高大功率LED(发光二极管)封装可靠性的重要环节。在分析封装系统热阻对LED性能的影响及对传统散热封装材料性能进行比较的基础上,阐述了金属芯印刷电路板材料、金属基绝缘板材料、陶瓷基板材料、导热界面材料和金属基复合材料结构特点、导热性能及其封装应用实例。指出了封装材料的研究重点和亟待解决的问题。     

大功率LED封装散热技术研究

LED被称为第四代照明光源或者绿色光源,广泛地应用于手机闪光灯、大中尺寸显示器光源模块以及特殊用途照明系统,并将被扩展至一般照明系统设备.由于LED结温的高低直接影响到LED的出光效率、器件寿命、发光波长和可靠性等,因此如何提高散热能力是大功率LED实现产业化亟待解决的关键技术之一.介绍并分析了国内外大功率LED散热封装技术的研究现状,总结了其发展趋势并提出减少内部热沉的热阻可能是今后的发展方向.     

功率型LED封装技术

随着LED芯片输入功率的提高,带来了大的发热量及要求高的出光效率,给LED的封装技术提出了更新更高的要求,使得功率型LED的封装技术成为近年来的研究热点.首先介绍了几种主要的功率型LED封装结构,对功率型LED封装过程的关键技术,如荧光粉涂覆技术、散热技术、取光技术、静电防护技术等及未来发展方向进行了描述.指出功率型LED封装应选用新的封装材料,采用新的工艺和新的封装理念来提高LED的性能和光效,延长使用寿命,以推进LED固体光源的应用.     

大功率白光LED封装技术面临的挑战

发光二极管（LED）是一类可直接将电能转化为可见光和热等辐射能的发光器件,具有一系列优异特性,被认为是最有可能进入普通照明领域的一种“绿色照明光源”。目前市场上功率型LED还远达不到家庭日常照明的要求。封装技术是决定LED进入普通照明领域的关键技术之一。文章对LED芯片的最新研究成果以及封装的作用做了简单介绍,重点论述了封装的关键技术,包括共晶焊接、倒装焊接以及散热技术,最后指出了未来LED封装技术的发展趋势及面临的挑战。     

照明用大功率LED散热研究

大功率LED体积小、工作电流大,输入功率中大部分转化为热能,散热是需要解决的关键技术.文章介绍了大功率LED热设计的方法,针对大功率LED的封装结构,建立了热传导模型;对某照明用大功率LED阵列进行了散热设计,通过仿真分析和热评估试验验证了所采用的散热方法和设计的散热器满足LED阵列的散热要求.     

大功率LED的寿命与散热技术的研究进展

介绍了大功率发光二极管(LED)的工作原理,总结和分析了国内外文献中关于电流、结温与环境湿度对大功率LED寿命影响的研究进展,指出结点温度是决定LED寿命的最重要因素,详细评述了国内外关于大功率LED的界面热阻优化、封装热沉和散热基板设计两个方面的研究进展,为改良LED散热结构和延长大功率LED的使用寿命提供了有效的理论依据及研究方向.     

基于微通道致冷的大功率LED阵列封装热分析

采用微通道致冷技术,设计了大功率LED阵列封装的微通道致冷结构,并应用热分析软件模拟了其热性能,探讨不同鳍片结构尺寸、流速、功率等参数对LED多芯片散热效果的影响.文中提出了采用交错通道以提高LED封装的散热能力,模拟结果显示,交错微通道致冷的封装结构能很好地满足大功率LED阵列的散热需要.     

大功率LED芯片直接固晶热电制冷器主动散热

发光二极管（LED）作为新一代绿色固态照明光源,已广泛应用于照明和显示等领域,但散热问题一直是大功率LED封装的关键技术瓶颈。采用大功率LED芯片直接固晶热电制冷器（TEC）的主动散热方法,可增强大功率LED的热耗散,提升大功率LED的发光性能和长期可靠性。利用高精度陶瓷基板和纳米银膏材料制备出高性能TEC,TEC冷端温度最低可达-22.2℃。将LED芯片直接固晶于TEC冷端的陶瓷基板焊盘上,实现LED芯片与TEC的集成封装,制备出LED-TEC主动散热模块。在芯片电流为1.0 A时,由于热电制冷的珀尔帖效应,LED-TEC模块可将LED芯片的工作温度从232℃降低到123℃（降温幅度为109℃）,且可使其输出光功率从1087m W提升到1 479 m W,光功率提升幅度达到36.1%。     

LED封装的热控制优化设计

基于某型LED模块的实验结果,从热膨胀匹配、冷却技术的选择、发光效率、焊料及硅胶选择等方面对大功率LED的热控制问题进行了优化设计。实验结果表明,优化设计后的大功率LED的转换效率和光通量等指标都有了一定程度的改善。     

热界面材料对高功率LED热阻的影响

散热不良是制约大功率LED发展的主要瓶颈之一, 直接影响着大高功率LED器件的寿 命、出光效率和可靠性等。本文采用T3ster热阻测试仪和 ANSYS热学模拟的方法对LED器件进行热学分析,以三种热界面材料(金锡,锡膏,银胶)对LE D热阻及芯片结温的影响为例,分析了热界面材料的热导率、厚度对LED器件热学性能的影响 ,实验结果表明界面热阻在LED器件总热阻中所占比重较大,是影响LED结温高低的主要因素 之一;热学模拟结果表明,界面材料的热导率、厚度及界面材料的有效接触率均会影响到LE D器件结温的变化,所以在LED器件界面互连的设计中,需要综合考虑以上三个关键参数的控 制,以实现散热性能最佳化。     

瓦级大功率白光LED光色电特性研究

文章基于瓦级大功率白光LED在照明领域应用的广泛性和重要性,展开了瓦级大功率白光LED光色电特性的研究。采用大功率LED封装设备与紫外-可见光-近紫外光谱分析系统,制备并测量了瓦级大功率白色发光二极管（LED）在不同正向电流IF驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数。研究表明,光通量与电功率随耳的增大呈亚线性增长的趋势,而荧光粉转换效率下降是影响其辐射功率的主要原因之一。当电流增大时,白光LED光谱的蓝光峰值出现先蓝移后红移的现象,而黄光部分光谱形状无明显变化。此外,色坐标x、y值均随着IF的增大而降低,主波长减小,色温值升高。     

High power LED package with vertical structure

A LED package structure with vertical geometry of W5II is proposed for high power optoelectronic semiconductor devices. To provide an efficient and easy method of assembling high-power LEDs to sockets of the fixtures, a vertical design referenced from the typical Edison screw base found in US-based lamp systems is used in the structure. The thermal simulation of the structure, fabrication processes and thermal characteristic are evaluated. Thermal resistance measurements are performed to characterize the thermal performance of W5II, and the optical and electrical characteristics of W5II are also verified. The good heat dissipation of W5II could be utilized to enhance the reliability and thermal fatigue capability of high-power LED packages.     

大尺寸LED背光源散热结构的仿真、设计与测试

过高的工作温度会直接降低LED使用寿命,并且会影响其发光强度以及发光效率,导致大尺寸LED背光源光学性能大幅下降。从侧边式LED背光源模组的角度出发,设计并采用IcePak软件仿真散热铝挤的宽度和厚度对背光模组温度的影响,最终给出了适用于大尺寸LED背光模组的散热结构。结果表明,随着铝挤的长度或厚度的增加,LED Bar的温度都会减少,取铝挤长度为200 mm,厚度为2 mm,此时LED Bar的温度为69.4℃,小于70℃,符合设计要求且成本最低。进一步测量对应样机的LED Bar温度,其最高温度为69.7℃,与仿真实验结果非常接近。该结构制造工艺较为简单、成本低廉,并且符合背光模组轻薄化的要求,具有一定的市场价值。     

LED铁路信号灯兼容性问题解决方案

铁路信号灯是铁路交通中直接关乎行车安全的系统设备,传统的铁路信号灯使用钨丝灯做光源,发光效率低,使用寿命短,维护成本高,已和现代铁路交通的发展不相适应。LED是一种新型光源,其发光效率高、使用寿命长、发光强度散角小、单色性好等特点非常适合作铁路信号显示的新型光源。但由于LED是低电压,小电流发光,和钨丝灯发光有根本的差异,致使新旧替换成为了一项复杂的课题,10多年来,关于LED铁路信号灯的研究的重点就是在于围绕着解决与传统铁路信号灯控制系统兼容的问题。本文针对小功率LED盘式信号灯和大功率LED点式信号灯,与传统铁路信号灯机构兼容问题,从电路结构方面提出了解决方案。     

基于正交实验法的高亮度大功率LED仿真设计

采用正交实验法分析反射碗和透镜两部件的各个因素对LED发光强度分布的影响,并仿真设计出优化参数后的高强度、窄光束大功率LED.这一设计方法对LED的一次光学系统设计具有一定的指导意义,并有助于提高大功率LED光学系统设计的效率,降低LED封装的试验成本.     

大功率LED有源温控系统的开发

由于大功率LED供电时其大部分能量转化为热能,如果热量不能有效散出,将严重影响其光照亮度及其使用寿命。为了大功率LED散热的实际需要,提出并实现了一种LED有源温控系统的开发,采用热电制冷效应,使用LED驱动器本身作为制冷器的驱动电源,同时建立基于半导体传感器的温控监测电路,通过内部数字PI调节器形成一个完整的闭环控制系统,最后获得LED有源温控系统的具体配置方式,并分析测试的数据结果,展示了有源温控系统的准确性和可靠性。     

大功率LED焊料层的可靠性研究

将功率循环方法应用于大功率LED焊料层的可靠性研究,对比分析了在650 mA,675 mA和700 mA电流条件下大功率LED焊料层的热阻退化情况。实验结果表明,循环达到一定次数,大功率LED热阻才开始退化,并呈线性增加,从而引起光通量下降;另外,失效循环次数与电流值之间呈线性关系,并外推出正常工作条件下焊料层寿命为90 968次。对样品进行了超声波检测(C-SAM),发现老化后LED焊料层有空洞形成,这说明空洞是引起热阻升高的主要原因。