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解析稀土高亮度大功率LED照明灯具的光效和散热

2010-10-27 10:58
水墨黯月
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        稀土大功率LED灯具除了结构简化外还集成了以下技术:散热器与灯壳一体化散热结构,单片式结构,使灯具完全裸露在环境空气中,无蓄热空腔存在;稀土合金材料制作的散热器导热率高热阻低,稀土合金均温板结构设计使热量散发均匀,无高温区域;不同导热材料之间的精密配合技术和热变形模数匹配技术,使接触紧密、热阻低;使用高效导热介质材料,降低接触面热阻;运用空气动力学以及热力学原理设计穿孔立体网格状散热器形成“烟囱式”散热方式,加速空气对流循环,同时过孔结构使灰尘无处依附,保证了散热片与空气的直接接触面积;纳米的热辐射涂层,增加了灯具的热辐射能力。

        稀土荧光粉的不断改进,使得整体照明工业受惠--金卤灯、高压钠灯、荧光管节能灯以及最新的大功率LED灯。

        高效率的光源转换,使得大功率LED灯的光效提升,热耗减少。相同功耗可以有更高的亮度;如果亮度相等,那就等于热耗能减少。这对于怕热的LED芯片自然是利多。不过,由于真正转为光能辐射出发光体的能量最多只有百分之三十左右,大部分的能量仍然还是以热能形式残留在LED芯片上。

         LED芯片本身的衬底材料、固晶方式也越来越趋于高效导热:

        1.美国CREE公司独特的碳化硅衬底,是目前导热率最高的LED芯片衬底,40x40mil尺寸的芯片可以最高承受1000MA的电流,只要后续的导热散热没有这个额定1W功率的芯片,用到3W也没有烧毁的顾虑。

        2.传统蓝宝石衬底的芯片,不干示弱,研制出覆晶安装芯片的方法。将面上的两个电极翻到底面,直接用银浆焊接到金属导热基板。这样热量的传送比以往用导热银胶固晶要直接。另外新近日、韩、台湾的大功率LED芯片也有以增加一层金属镀层在蓝宝石衬底的方法,这样也可以用银浆取代银胶来固晶。银浆固化后导热率接近纯银,比银胶导热率要高。

         导热铜片的改进--金刚石-铜复合材料

         LED芯片如果不是以COB方式直接固晶在线路基板上,就会找一个导热快的材料做为与散热鳍片接轨的中间媒介。铜是金属中导热仅略次于银的材料,价格较低,所以目前铜是最普遍的大功率LED芯片的热中转材料。

        然而铜的热膨胀系数(19左右)比蓝宝石衬底的热膨胀系数(5左右)相差过大。所以用铜做芯片导热载体在严苛的使用环境中,有芯片崩裂的风险。芯片尺寸受限。而今国内已开发出金刚石-铜复合片。导热率比纯铜高;热膨胀系数比铜低,预计大批量生产后,价格可以让生产大功率LED芯片集成块的厂家接受。最新实验报告,用100W的集成模块对比,用纯铜片的模块在芯片温度高到75摄氏度时,用金刚石-铜复合片的模块芯片温度只有65摄氏度。

         从稀土荧光粉的光效提高到芯片固晶改良,导热片材料的突破,2010年是一个标志年。大功率LED照明将越来越贴近我们的生活!

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