隨著近一年來LED照明市場的不斷升溫，部分普通照明燈具和車用燈具對于大功率LED的需求日益突顯。從制造流程來看，目前市場上所見的LED芯片最大尺寸均在1～2mm之間，單顆芯片所能承受的操作功率大多在1～2W的范圍內(nèi)，用這類芯片來做大功率LED的封裝設(shè)計(jì)，則必須采用多顆芯片組合的方式來實(shí)現(xiàn)；再加上考慮到性價(jià)比因素，就有可能使用到中 功率芯片，通過串并聯(lián)的電路整合，在封裝中實(shí)現(xiàn)大功率設(shè)計(jì)。 針對這一主流的大功率LED開發(fā)理念，億光電子工業(yè)股份有限公司研發(fā)處協(xié)理林治民指出，LED燈具的散熱處理將面臨來自多方面的挑戰(zhàn)。“例如，在進(jìn)行串并聯(lián)電路設(shè)計(jì)時(shí)，由于絕緣的需要，在金屬線路部分往往要求使用一些不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱的有機(jī)材料，同時(shí)單顆芯片承受大功率操作時(shí)節(jié)溫較高，各個(gè)芯片間的間距應(yīng)選擇一個(gè)理想數(shù)值來避免局部過熱，因此，對于整體燈具而言，散熱方面需要使用較大的散熱塊以做降溫之用。而在同步光學(xué)設(shè)計(jì)部分，也因?yàn)樾酒枰荛_熱源而彼此分離，導(dǎo)致發(fā)光面積加大，造成光學(xué)收光不易，加大了光學(xué)組件的尺寸，從而影響到整體燈具的尺寸及物料成本?！? 如何解決大功率LED的散熱難題，已成為目前行業(yè)內(nèi)廠商關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，應(yīng)從LED垂直供應(yīng)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)加大研發(fā)的力度，無論是在LED芯片組件、固晶材料、基板等封裝環(huán)節(jié)，還是在整體燈具的電源架構(gòu)、主動散熱處理等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和選材，才能達(dá)到最佳的散熱效果。 提高LED發(fā)光效率是根本 首先，提升LED芯片的發(fā)光效率、減少光耗損是根本所在。如果輸入的電能大部分都可以轉(zhuǎn)化為光，降低產(chǎn)熱比例，這樣一方面可以提高芯片本身的效率和減少發(fā)熱之外，另一方面，對于熒光粉材料也有相同的提升效果，少產(chǎn)熱就不怕熱堆積影響效能。

臺灣半導(dǎo)體照明(TSLC)股份有限公司研發(fā)處處長李承士

“目前LED芯片的封裝方式大致上可分為水平式、垂直式與倒裝封裝三種，”臺灣半導(dǎo)體照明股份有限公司(簡稱TSLC)研發(fā)處處長李承士說道，“水平式芯片由于以散熱較差的藍(lán)寶石當(dāng)作基底，因此通常具有較高的熱阻；垂直型芯片以高導(dǎo)熱材料當(dāng)基底，整體熱阻比水平型芯片低；而倒裝結(jié)構(gòu)芯片將PN接口的熱量直接往下傳導(dǎo)到下方的基板，因此同樣具有很好的散熱效果?！彼M(jìn)一步指出，從實(shí)際應(yīng)用來看，現(xiàn)階段很多大功率COB應(yīng)用仍然采用水平型芯片，只要將單顆芯片的尺寸縮小，就可以達(dá)到熱量分散的目的，整體散熱或熱阻表現(xiàn)不會劣于垂直型芯片或倒裝封裝芯片。

億光電子工業(yè)股份有限公司研發(fā)處協(xié)理林治民

作為全球首家以8英寸氮化鋁基板進(jìn)行全波段LED封裝的廠商，TSLC以混合電路技術(shù)為基礎(chǔ)，掌握了在陶瓷基板上做不同layout輸出技術(shù)，除了標(biāo)準(zhǔn)封裝組件產(chǎn)品外，還可提供代工與定制化服務(wù)。其中，TSLC通過采用8英寸芯片級透鏡壓鑄技術(shù)，使得生產(chǎn)速度大幅提高(2,300顆/片)，質(zhì)量穩(wěn)定；另外利用氮化鋁基板、芯片級共金技術(shù)和倒裝封裝技術(shù)(不用打線)，可令LED芯片提高15%的發(fā)光效率。 另一方面， 降低固晶工藝中產(chǎn)生的熱阻也不容忽視。在常用的固晶材料中，目前還是以金錫合金的散熱效果較佳，林治民表示：“使用高導(dǎo)熱的金屬材料取代以往的硅膠固晶膠或銀膠固晶膠，可從材料特性上全面拉升熱導(dǎo)系數(shù)，或者還可以考慮使用共金固晶技術(shù)，將固晶材料的厚度減少到5μm以下，通過減少距離來快速地將熱導(dǎo)出?！钡灿袕S商表示，金錫合金的制作溫度要比一般的銀膠高很多，因此對于一些不耐高溫的芯片會有所限制。 本文為《國際電子商情》原創(chuàng)，版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載 本文下一頁：高導(dǎo)熱性陶瓷基板興起

相關(guān)閱讀：
• LED電源廠商轉(zhuǎn)戰(zhàn)普通照明市場
• 智能調(diào)光增添LED照明應(yīng)用新價(jià)值
• 背光應(yīng)用萎縮，GaN LED市場成長速度趨緩nroesmc

{pagination} 高導(dǎo)熱性陶瓷基板興起 在解決了芯片本身的光效和固晶熱阻之后，在LED封裝端將面對散熱處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)—支架和基板。由于考慮到電路配置，大多數(shù)LED封裝設(shè)計(jì)在芯片與終端環(huán)境之間都使用的是有機(jī)絕緣材料，因而造成較大的熱阻，導(dǎo)熱效果不佳。目前，一些廠商開始嘗試使用絕緣但具有高導(dǎo)熱系數(shù)的散熱基板，或者是直接讓芯片固晶在高導(dǎo)熱的金屬材料上，而以跳線的方式做電路串并聯(lián)，來改善大功率LED散熱難的問題。 林治民介紹道，從目前的使用情況來看，大功率LED產(chǎn)品目前主要使用在指向性的LED單晶產(chǎn)品，以及多晶的COB產(chǎn)品當(dāng)中，單晶產(chǎn)品多使用陶瓷基板，多晶COB一般使用陶瓷基板、或以鋁或銅材料為底的MCPCB散熱基板。 就不同材質(zhì)散熱基板的未來發(fā)展，他認(rèn)為，陶瓷基板由于絕緣及高導(dǎo)熱的特性，可作為SMT型組件的基板，也可作為COB產(chǎn)品的基板使用，在特別添加材料燒結(jié)后的陶瓷基板可以達(dá)到絕緣、高導(dǎo)熱、高反射率的產(chǎn)品特性，但其缺點(diǎn)在于單價(jià)過高，并且陶瓷基板本身材料也較脆弱，因此在COB產(chǎn)品應(yīng)用中，無法以螺絲直接鎖件，需另外配合支架，也增加了額外的成本，因此，實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)、降低成本，是陶瓷基板的唯一發(fā)展走向。另外，基于Cu/Al的MCPCB基板導(dǎo)熱性能也相當(dāng)不錯(cuò)，如果芯片電路分開設(shè)計(jì)的話，確實(shí)是一款不錯(cuò)的材料，還可以直接鎖件，客戶使用也較為方便，但如果要使用共金固晶制作技術(shù)來降低固晶段的熱阻，則目前看來還無法在MCPCB板上執(zhí)行，這將會是今后發(fā)展的一個(gè)瓶頸，因此，找到高導(dǎo)熱性絕緣材料并且另做電路設(shè)計(jì)，應(yīng)該是MCPCB系列散熱基板的發(fā)展主軸。 億光是全球前十大LED封裝廠中唯一一間擁有多樣封裝系列的公司，據(jù)介紹，目前公司在其陶瓷封裝的照明產(chǎn)品線上，以AlN的陶瓷基板(導(dǎo)熱系數(shù)大于150w/mk)，搭配AuSn共金固晶方式來完成封裝，可將固晶段的熱阻降至1w/mk以下，同時(shí)基板的熱阻可降至1w/mk以下，組件本身可操作至1.5A，且結(jié)溫Tj最高可耐受至150℃。 對于常用的這幾種散熱基板，李承士同樣表示：“陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)是絕緣性高，不像MCPCB板需要額外的界電層作為下方金屬材料的隔絕，在耐高電壓等特性方面表現(xiàn)突出，同時(shí)配合高導(dǎo)熱性陶瓷，整體散熱表現(xiàn)優(yōu)異?！贝送?，針對近期興起的CSP芯片級封裝技術(shù)，他補(bǔ)充道，由于其取消了第一層基板的使用，直接在芯片端做完封裝，然后將封好的芯片封裝整合到第二層基板，因而使得第二層基板的設(shè)計(jì)也需要配合芯片封裝的大小與腳位。 以車用LED燈的開發(fā)為例，TSLC從一開始就考慮到汽車行駛中的高溫特殊環(huán)境，采用高導(dǎo)熱的氮化鋁(AIN)基板封裝技術(shù)，并以高導(dǎo)熱的金錫合金作為固晶材料，將整體熱阻降至最低，可在100度基板溫度下長時(shí)間操作，且在1000mA電流下，光通量可以保持在1000流明以上，僅用一顆光源就可作為汽車頭燈，大大方便了汽車頭燈設(shè)計(jì)。同時(shí)，憑借多項(xiàng)自主專利技術(shù)以及中高功率燈珠及模塊化設(shè)計(jì)，TSLC高度彈性化及定制化的生產(chǎn)能力可滿足客戶對于LED芯片的多種需求。 本文為《國際電子商情》原創(chuàng)，版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載 本文下一頁：優(yōu)化選擇驅(qū)動電源架構(gòu)

相關(guān)閱讀：
• LED電源廠商轉(zhuǎn)戰(zhàn)普通照明市場
• 智能調(diào)光增添LED照明應(yīng)用新價(jià)值
• 背光應(yīng)用萎縮，GaN LED市場成長速度趨緩nroesmc

{pagination} 優(yōu)化選擇驅(qū)動電源架構(gòu) 除了LED封裝環(huán)節(jié)之外，從整體燈具的角度出發(fā)，散熱和防護(hù)已成為導(dǎo)致電源故障的兩大因素，這與驅(qū)動芯片、電路架構(gòu)都有著密切的聯(lián)系。要降低LED電源的故障率，就必須在LED電源模組的開發(fā)過程中實(shí)際了解使用環(huán)境，制定出合理的LED驅(qū)動設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并依此來驗(yàn)證產(chǎn)品。

聚積科技股份有限公司照明產(chǎn)品總監(jiān)何宜睿

“應(yīng)該以燈具整體為出發(fā)點(diǎn)來考慮電源設(shè)計(jì)，”聚積科技股份有限公司照明產(chǎn)品總監(jiān)何宜睿說，“LED燈本身就是一個(gè)熱源，不同的電源架構(gòu)具有不同的轉(zhuǎn)換效率差異，因而也會產(chǎn)生不同程度的熱量?！迸e例來說，線性恒流電源與開關(guān)切換電源相比，兩者最大的不同之處在于線性恒流可能會因?yàn)檩斎爰拜敵鰲l件的差異(如輸入電壓不穩(wěn)定或LED正向電壓飄移)，而在芯片部分出現(xiàn)不同程度的熱堆積，對熱的風(fēng)險(xiǎn)性也相應(yīng)增高。但另一方面，線性恒流電源架構(gòu)較簡單，成本相對低廉，因此，在供電電壓較為穩(wěn)定的先進(jìn)國家、且對產(chǎn)品可靠性要求未必太高的燈具中，采用這一電源架構(gòu)不失為一種壓低成本的理想方法；但對于那些強(qiáng)調(diào)高可靠性的商用產(chǎn)品來說，有時(shí)更注重的是組件的單點(diǎn)熱度及整體效率，采用開關(guān)電源會較適合于這一類商用燈具的開發(fā)。 其次，目前市面上較大功率LED燈具產(chǎn)品的電源驅(qū)動芯片又可分為內(nèi)置或不含MOSFET方案兩種。在選擇上，何宜睿提到，一些空間較受局限的燈具如果采用內(nèi)置控制芯片整合MOSFET方案的驅(qū)動產(chǎn)品，會較易滿足小型化電源設(shè)計(jì)的需求，但功率上有一定的限制，且控制電路與MOSFET開關(guān)散熱會堆積在同一封裝內(nèi)；而如果燈具內(nèi)部有足夠的空間，則可以考慮采用外置MOSFET方案，適當(dāng)?shù)胤稚⒔M件擺放位置也可以有效地幫助電源內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不會過度地集中在某一區(qū)塊。 此外，根據(jù)外部環(huán)境溫度在驅(qū)動IC上增加熱平衡調(diào)整功能也是時(shí)下廠商的一個(gè)開發(fā)重點(diǎn)。盡管大多數(shù)電源IC設(shè)計(jì)都配有過熱關(guān)機(jī)功能，可在高溫環(huán)境下關(guān)閉IC，實(shí)現(xiàn)保護(hù)IC的目的，但仍然無法保護(hù)LED驅(qū)動電路，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，當(dāng)控制IC關(guān)閉時(shí)，工作溫度仍遠(yuǎn)高于電解電容器的安全工作溫度。為此，Dialog公司開發(fā)的內(nèi)置過熱保護(hù)(OTP)降額專利技術(shù)旨在監(jiān)測密封SSL燈泡內(nèi)的溫度，通過配置的一個(gè)NTC電阻器，當(dāng)燈泡內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度時(shí)，驅(qū)動IC將以細(xì)微步長逐漸降低進(jìn)入LED的電流；當(dāng)溫度降下來后，它再無縫地恢復(fù)亮度，全程無需讓燈泡停止工作。通過這種方式可最大限度地降低燈泡內(nèi)的工作溫度，避免超過電解電容器的額定溫度，從而解決燈泡過熱而造成產(chǎn)品壽命縮短的問題。 本文為《國際電子商情》原創(chuàng)，版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載 本文下一頁：主動散熱設(shè)計(jì)不可小覷

相關(guān)閱讀：
• LED電源廠商轉(zhuǎn)戰(zhàn)普通照明市場
• 智能調(diào)光增添LED照明應(yīng)用新價(jià)值
• 背光應(yīng)用萎縮，GaN LED市場成長速度趨緩nroesmc

{pagination} 主動散熱設(shè)計(jì)不可小覷 最后，在燈具的主動散熱設(shè)計(jì)上，同樣也面臨著產(chǎn)品加工工藝、組裝難度、成本、環(huán)境適應(yīng)性、通用性等幾個(gè)方面帶來的挑戰(zhàn)，單點(diǎn)熱源過高、散熱器體積過大及重量太重、金屬材料成本難以控制等是亟待廠商解決的幾個(gè)主要問題。Nuventix是一家從事LED整燈主動散熱技術(shù)開發(fā)的專業(yè)廠商，該公司亞太區(qū)應(yīng)用技術(shù)支持工程師金海林表示：“LED整燈的散熱設(shè)計(jì)難度更大，往往很難兼顧美觀、體積和重量，以及散熱性能等多個(gè)因素，很多情況下這幾個(gè)因素也較易產(chǎn)生相互之間的矛盾。除了散熱器本身要針對具體應(yīng)用做設(shè)計(jì)優(yōu)化外，對材料本身、生產(chǎn)工藝、機(jī)加工、表面處理等等都應(yīng)做到全面的考量，另外，對于大功率的LED還應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)較高的導(dǎo)熱界面材料，以利于熱擴(kuò)散和熱傳遞。” Nuventix從2005年開始主推的SynJet主動散熱解決方案是一項(xiàng)基于空氣的合成射流冷卻新技術(shù)，目的是進(jìn)一步加強(qiáng)被動散熱系統(tǒng)的散熱能力，改善換熱效率，提高燈具所能支持的熱流密度極限。據(jù)了解，該方案除了可用于室內(nèi)燈具的系列產(chǎn)品之外，目前還推出了專門針對戶外燈具、滿足IP56防灰/防水的系列產(chǎn)品，并已廣泛應(yīng)用于歐美一些路燈項(xiàng)目中，獲得了客戶的一致好評。

建準(zhǔn)電機(jī)股份有限公司全球事業(yè)中心中國區(qū)處長王中杰

針對大功率LED采用主動散熱技術(shù)的重要性，建準(zhǔn)電機(jī)股份有限公司全球事業(yè)中心中國區(qū)處長王中杰強(qiáng)調(diào)，目前大功率LED燈多采用被動式散熱設(shè)計(jì)，容易造成燈具整體變得體積過大、重量過重且無法有效散熱，從而影響到LED燈的壽命及效能，即使采用更昂貴高導(dǎo)熱的散熱材料，在熱阻為零的情況下，也只能將溫度最多降低3至5℃左右。雖然熱管也是一個(gè)具有較佳導(dǎo)熱能力的選擇，但導(dǎo)出的熱最終還是需要通過空氣對流才能真正帶出去，因此導(dǎo)入輕量化、比被動式散熱效率高出4～20倍以上的主動式散熱設(shè)計(jì)是一個(gè)更快速、有效的辦法，它能從根本上幫助大功率LED燈實(shí)現(xiàn)既節(jié)能又能達(dá)到取代傳統(tǒng)燈具的目的。 建準(zhǔn)推出的400W LED照明主動散熱解決方案采用DR MagLev磁浮馬達(dá)風(fēng)扇主動式散熱設(shè)計(jì)，比被動式散熱提升了四倍以上的散熱效果。其主動式散熱模塊還可搭配特殊流道引導(dǎo)風(fēng)流對LED電源同步散熱，更延長了LED燈的使用壽命。據(jù)介紹，采用這一技術(shù)后，隨著燈具散熱效率的提升，400W高功率LED燈具的體積和重量可大幅減少，并可提供IP68防護(hù)等級的定制化設(shè)計(jì)，滿足戶外照明防塵防水的需求。 本文為《國際電子商情》原創(chuàng)，版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載

相關(guān)閱讀：
• LED電源廠商轉(zhuǎn)戰(zhàn)普通照明市場
• 智能調(diào)光增添LED照明應(yīng)用新價(jià)值
• 背光應(yīng)用萎縮，GaN LED市場成長速度趨緩nroesmc