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新型LED封装提高性能和寿命

2010-08-06 11:41
冷血の爱
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     - 少数制造商向行业提供了多数高亮LED (HB-LED)芯片。
  - 虽然四大厂商制造并封装各自的LED芯片,但他们也向其他LED厂商出售产品,后者专门封装专用HB LED。
  - 光提取、热提取和流明维护率会影响HB LED的封装目标。

  HB-LED的效能也许会广受宣扬,但封装却是该市场中值得注意的方面。从晶粒中获得光,让它经过密封剂和透镜,以均匀可靠的颜色照射到应用目标的表面,并保持很长的寿命,这的确是一项挑战。LED制造商通过为这些器件采用创新封装来完成这项任务。HB-LED用户也许并未意识到:四大制造商Cree、Nichia、Osram和Philips Lumileds公司控制着几乎全部HB-LED芯片。虽然中国是数百家LED芯片制造商的所在地,但这些厂商只生产10 mA~70 mA电流的器件,它们最终是被用作指示器,不能用作照明器件。其余的HB-LED厂商多半是微型HB-LED芯片封装商,而这些芯片购自四大制造商。

 


  图1,制造商一般将SMT封装用于1W至3W和功率更高的HB-LED,这是因为与底部PCB的紧密接触能更快散热(左)。他们一般将通孔封装用于0.5W LED(右)。SMT HB LED包含LED芯片、基底、密封剂和初级透镜。

  LED晶粒研发不断追求更多流明,正在促成LED在新市场与新应用中的使用。而同样重要的,是制造商的封装方法。这些方法可提高效率,来满足固态照明、汽车、标牌和医疗等独特应用的需要。如需为自己的应用选择最佳HB-LED,你需要了解它的封装以及它的制造商用于“排列”并精确放置尽可能多的光子的方法。封装会影响光提取、热提取和流明维护率,这些都是LED的重要特征。光提取决定了发射的光线有多少将到达预定应用;热提取会影响LED芯片将经受多少热量,因此影响它的寿命和性能;流明维护率表明LED的寿命。HB-LED封装决定(或至少强烈影响)了上述所有三个特征,而它们又会影响LED的性能、寿命和可靠性。

  HB-LED目前没有标准化的封装尺寸。与IC、MOSFET和多数无源部件等其它电子元件不同的是,所有HB-LED制造商都使用独有的封装。对于那些希望为自己的产品准备第二货源的LED设计者而言,这种做法可能让其心烦,但LED封装包含了LED芯片、密封剂、初级光学器件和基底的复杂组合。20 mA~70 mA指示器型LED的封装通过其引线散热。环氧树脂密封剂充当透镜,并为晶粒和引线提供刚性保护结构。与低功率LED相比,HB-LED必须依靠为其封装准备的更强散热能力,并且它们一般采用SMT或通孔封装(图1)。SMT往往用于1W或功率更高的HB-LED,这是因为它直接装在散热片上,而通孔封装一般适合于0.5W~1W的中等HB-LED。

  LED芯片在取向附生结构中产生光。理想状况下,所有的孔/电子组合都会带来光子。但材料特征与缺陷会导致某些组合产生的热多于光。下一个难题是从晶粒获得光子,这是因为芯片各层、密封剂和透镜之间在折射率方面有所不同。空气的折射率约为1,而某些晶粒材料的折射率约为1.4。两种材料的折射率差异导致光线在超过特定角度时,会在边界反射回去。在从LED芯片提取光方面,总体内部反射是最大的阻碍。

  为了制造白光HB-LED,制造商们用一种磷光体覆盖蓝光LED,该磷光体在受到蓝光照射时,会发出白区的光。以最高效率把蓝光转变成白光的磷光体开发工作是一些LED厂商的IP的一部分,他们从其他厂商购买LED芯片,然后把它们与自己研制的磷光体混合物放入封装中。由于LED芯片的折射率很高,因此封装需要在空气与芯片/磷光体组合之间设置过渡层。该过渡层还充当保护层和透镜。Avago公司光电子产品部固态照明与显示器产品营销经理Kee Yean Ng指出:低功率指示用LED使用环氧树脂密封剂,但环氧树脂在暴露于高热和紫外线照射时往往会变黄。他说:“硅酮目前几乎是通用材料,兼作HB-LED封装的透镜和密封剂。”硅酮既帮助提取光,也帮助保护芯片免受空气和湿气的影响。

 

 

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