LED路燈的技術要點分析
上傳人:吳昊,王鋼 上傳時間: 2009-12-01 瀏覽次數: 282 |
如何提高LED路燈的散熱能力是LED封裝和LED路燈設計的核心問題。LED路燈散熱問題分為芯片p-n結到外延層;外延層到封裝基板;封裝基板到外界環境三個層次。這三個環節構成了熱傳導的通道。針對LED的散熱難題,中山大學半導體照明系統研究中心分別以下各個層面對散熱和熱管理系統進行了優化設計。
芯片p-n結到外延層的散熱:在氮化鎵材料的生長過程中,改進材料結構,優化生長參數,獲得高質量的外延片,提高器件內量子效率,從根本上減少熱量的產生,加快芯片p-n結到外延層的熱傳導。
外延層到封裝基板的散熱:在芯片封裝上,采用倒裝芯片結構、共晶焊封裝(圖4)、金屬線路板結構。在器件封裝上,選擇合適的基板材料,比如金屬印刷電路板(MC-PCB)、陶瓷、復合金屬基板等導熱性能好的封裝基板,以加快熱量從外延層向封裝基板散發。
封裝基板到外界環境的散熱:目前的LED路燈一般是將大功率白光LED通過回流焊的方式陣列焊接在金屬封裝基板上,然后再把金屬封裝基板緊密安裝在大體積的鋁、銅材料的散熱翅片上。大功率白光LED產生的熱量通過金屬封裝基板傳遞到散熱翅片上,利用自然對流或人為強制對流的方式達到散熱的目的。
中山大學半導體照明系統研究中心針對大功率集成封裝光源模組的熱量大而集中的特點,將大功率集成封裝光源模組安裝在均溫板上,利用均溫板的快速擴散熱量的性能將LED產生的熱量快速橫向擴散;在散熱翅片部分還采用熱管(直型熱管、回路熱管和脈沖熱管)來降低加強熱傳導和降低熱阻(圖5);在LED路燈的腔體中產生人工強制對流的方式來加強對流散熱。
綜上所述,引導LED路燈發展的技術支撐將體現在基于共晶焊技術的大功率集成封裝光源模組方式;一次光學透鏡;高顯色指數和色溫可調的白光智能控制系統;長壽命驅動電源; LED路燈結溫智能控制系統; Zigbee無線通訊控制技術;基于熱管技術的系統散熱和熱管理控制系統等幾個方面。
隨著能源價格的高企、能源危機的加劇和人類環保意識的提高,LED照明憑借其節能和環保的特點受到了越來越大的關注。目前,LED在路燈照明和室內照明等普通照明領域的應用剛處于起步階段,受2008年北京奧運會和2010年上海世博會的推動,大功率白光LED的發光效率即將突破150 lm/W將是LED進入普通照明的絕佳時機,隨著單位流明價格的降低,LED路燈將全面取代現有的傳統路燈。屆時,全球的LED路燈的需求將達上億只,僅中國的需求就要達到上千萬只,產值將達上千億元。
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