? ? ?上次說完LED光效、LED熱阻，這次我們來說說LED光衰，LED光衰是業(yè)界共同關(guān)心急待解決的技術(shù)難題，那么什么是LED光衰、照成LED光衰的原因又是什么、如何更好的預(yù)防LED光衰？？？

?

1.LED光衰

?

LED光衰是指LED經(jīng)過一段時(shí)間的點(diǎn)亮之后，其光強(qiáng)比初始光強(qiáng)會(huì)降低，且不能恢復(fù)，即降低的部分稱為LED的光衰。目前我國尚未制定LED光衰的定義及通用標(biāo)準(zhǔn)。GB/T24823-2009要求LED模塊性能要求規(guī)定的光通維持率是在燃點(diǎn)3000h時(shí)，其光通維持率應(yīng)不低于92%僅試用室內(nèi)燈具的某個(gè)產(chǎn)品，業(yè)界普遍呼吁國家盡快制定LED光衰標(biāo)準(zhǔn)。

?

2.LED光衰是光源部件超過耐溫極限不可逆的損傷現(xiàn)象

?

眾所周知，LED工作之后其光強(qiáng)會(huì)著芯片結(jié)溫升高而下降，光效隨之降低，這是半導(dǎo)體隨溫度變化的固有的物理特性，只要光源某個(gè)部件不超過溫度極限而損傷，LED停止之后溫度降到原始値,其光強(qiáng)還會(huì)恢復(fù)如初，也就是說LED不管工作多久、反復(fù)多次只要初始光強(qiáng)不變就不能認(rèn)為光衰，光衰是指光源因長時(shí)間工作溫度超過極限値而光強(qiáng)恢復(fù)不到初始値稱為光衰，亦即光通量下降不可逆轉(zhuǎn)才是真正意義的光衰。LED光衰是光源部件超過耐溫極限不可逆的損傷現(xiàn)象。

?

3.目前所有芯片廠和封裝廠所標(biāo)稱的光效都是瞬態(tài)光效

?

有人認(rèn)為美國CREE公司公布的LED芯片結(jié)溫和之間的關(guān)系曲線是LEF光衰曲線,不少人將它視為LED芯片光衰曲線，以至封裝廠也將它搜搬抄到出廠規(guī)格書中，這是錯(cuò)誤的。

世界上無論哪個(gè)公司對(duì)外公布產(chǎn)品性能指標(biāo)必須有可操作性和可重復(fù)性，也就是說客戶購買你的產(chǎn)品對(duì)其規(guī)格無法或難以檢驗(yàn)，則無法通行。一些國外廠商有意夸大光效超過傳統(tǒng)值數(shù)倍是沒有任何實(shí)用意義的，因?yàn)長ED光效與光衰不是由LED芯片單一因素造成，它與系統(tǒng)熱阻諸多條件有關(guān)，拿試驗(yàn)室光效說事只有宣傳意義沒有任何實(shí)用意義，某公司如推出303LM/W產(chǎn)品而閉門不推向市場，業(yè)界無法理解和認(rèn)同。再說決定LED光效芯片不是唯一原因，也不是主要原因，用戶一味追求某品牌而不重視系統(tǒng)設(shè)計(jì)是認(rèn)識(shí)誤區(qū)，會(huì)勞而無功、事倍功半。

1.LED光衰是光源材料損傷而引起的不可逆轉(zhuǎn)的衰減失效現(xiàn)象

?

LED光衰是指LED經(jīng)過一段時(shí)間的點(diǎn)亮后，其光強(qiáng)會(huì)比原來的光強(qiáng)要低，而低了的部分就是LED的光衰，目前我國尚未制定LED光衰標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)部規(guī)定 5000H小時(shí)光通量維持率≥70%，美國能源之星LM-80規(guī)定 6000H，光通量維持率≥94.1%認(rèn)為失效。

?

2.光通量下降不等于光衰

?

LED工作之后其光強(qiáng)會(huì)隨著芯片結(jié)溫升高而下降，光效隨之降低，這是半導(dǎo)體隨溫度變化的固有的物理特性。只要LED光源某個(gè)部件不超過溫度極限而損傷，LED停止待溫度復(fù)原后其光強(qiáng)値還會(huì)恢復(fù)如初，也就是說LED不管工作多久，只要初始光強(qiáng)不變就不能認(rèn)定為光衰。筆者認(rèn)為，LED光衰是指LED光源因某種材料損傷不再恢復(fù)的失效現(xiàn)象, 亦即LED光源在所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無損光通量(初始光強(qiáng))與有損光通量(衰減而不可恢復(fù)光強(qiáng))之比值。

?

3.LED光源光衰的主要原因是膠體耐溫不夠

?

芯片(包括熒光粉)屬無機(jī)材料，實(shí)驗(yàn)證明芯片和熒光粉在二、三百度高溫工作原則上不成問題。從光源系統(tǒng)講，導(dǎo)致LED光衰的主要原因是膠體耐溫不夠，目前最好的封裝膠耐溫僅一百多度，測(cè)試證明一個(gè)50W的集成光源在足夠大的散熱器工作時(shí)膠體溫度往往高達(dá)200多度，無論是灌封膠還是PPA在長時(shí)期高溫運(yùn)行必然會(huì)造成膠體龜裂、碳化，與芯片分離進(jìn)而造成光衰。

1.為何要提高LED光源的耐溫度特性

?

由于LED發(fā)熱經(jīng)過多個(gè)熱阻通道之后，與散熱器溫差高迖30-40多度，散熱器發(fā)熱較低，低溫?zé)嵩丛谧匀簧釛l件下散熱效率很低，LED因?yàn)闊嵩赐ㄟ^對(duì)流和輻射將熱量傳到空氣中，如果LED散熱器溫度與環(huán)境溫度相差很小，再加大散熱器面積其散熱量變化甚微。理論研究表明，輻射散熱量與溫度的4次方成正比：Q= εσ S(T w 4－T0 4 )，溫差越大熱量散發(fā)越多。亦即在相同環(huán)境溫度下散熱器溫度越高、所散發(fā)的熱量越多。因此適當(dāng)提高散熱器的工作溫度，控制在LED光源長時(shí)工作后穩(wěn)態(tài)光效無大變化而不發(fā)生光衰為原則。這種提高LED光源耐高溫的設(shè)計(jì)思路，不僅僅是基于平衡散熱與成本考量，更主要是讓LED光源在較高溫度下安全工作而不發(fā)生光衰。這樣不僅可減少散熱器用量和成本，而且還可加大芯片的工作電流的承載能力，同時(shí)達(dá)到減少LED光衰延長使用壽命目的，是一舉多得的設(shè)計(jì)革命。

2.如何讓LED光源耐受高溫

?

自從LED問世以來，業(yè)界付出了巨大投資去研究LED光衰。LED散熱牽動(dòng)著每個(gè)從事LED人的神經(jīng)，想盡了很多辦法，其中：

?

倒裝技術(shù)：倒裝芯片技術(shù)早在10年前國外大公司投巨資研究，旨在免用襯底膠晶粒直焊技術(shù)，不僅免除了正倒裝芯片在表面打線致命傷，還可通過直焊技術(shù)有效降低封裝熱阻，讓光源耐受高溫,業(yè)界普遍認(rèn)為是LED封裝的前沿技術(shù)。但是人們要問：經(jīng)過這多年研究實(shí)驗(yàn)，為何倒裝技術(shù)遲遲不能取代正裝芯片技術(shù)而成為主流？其根本原因是：倒裝早期工藝不僅依賴陶瓷基板，還要依賴鋁 (銅)基板，由于（兩次）過錫焊要經(jīng)受280度高溫，會(huì)對(duì)材料和部件造成損傷。陶瓷基板和金屬基板相比反光率不高，瞬態(tài)光效難以提高，陶瓷基板的導(dǎo)熱率和芯片接觸面積有限也決定了穩(wěn)態(tài)光效難以提高。加工成型和安裝都不如金屬基板簡單方便，倒裝工藝兩次過錫焊和陶瓷基板 +鋁基板雙重?zé)嶙枳阋詫⑸鲜鰞?yōu)勢(shì)抵消怠盡。另外，倒裝工藝的熱壓焊、回流焊等設(shè)備價(jià)格貴，且不成熟，考驗(yàn)倒裝技術(shù)未來前途還是LM\元值，亦即光效第一，價(jià)格為王。所以造成了小廠觀望，大廠產(chǎn)品推廣困難尷尬局面。倒裝芯片技術(shù)未來發(fā)展方向一是與鏡面鋁COM聯(lián)姻，二是與熒光薄膜嫁接。

?

熒光粉遠(yuǎn)離芯片技術(shù)：熒光粉與灌封膠將芯片緊緊包裹，嚴(yán)重影響散熱。讓熒光粉遠(yuǎn)離芯片，可以降低光源封裝熱阻。國際上熒光粉與芯片分離技術(shù)專利多達(dá)兩三百項(xiàng)，但至今市場尚未見到這類產(chǎn)品成功問世，原因是該技術(shù)的難點(diǎn)在于熒光粉遠(yuǎn)離芯片后如何改變層間介質(zhì)折光匹配，以及芯片與金線裸露如何得到防護(hù)也是該技術(shù)難點(diǎn)。目前有些廠用熒光薄膜在小量功率光源實(shí)驗(yàn)，但制造工藝及材料耐侯性尚未成熟，熒光粉遠(yuǎn)離芯片技術(shù)不僅可以降低光源封裝熱阻，更重要的是可革除封裝廠中的混膠、抽真空、烘烤等繁雜工藝。一旦突破無疑將是一場改變封裝格局的技術(shù)革命。

?

液冷散熱技術(shù)：將芯片浸入冷卻液的散熱方法，是讓LED浸泡在透光導(dǎo)熱的液體之中。由于液體的熱流交換將熱能快速傳遞和耗散。只要芯片與導(dǎo)熱液存在溫差，其熱流交換永不停止。它可有大大降低封裝熱阻，是非常好的設(shè)計(jì)思路。國內(nèi)外不少專家提出這種方法，專利不計(jì)其數(shù)。但實(shí)際設(shè)計(jì)中，在一狹小封裝空間注入液體冷卻，并經(jīng)受高低溫反復(fù)變化而不會(huì)漏液，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度很大。

?

采用集成(COB) 封裝，相對(duì)多顆小功率陣列來說，因?yàn)楣鈴?qiáng)與散熱并聯(lián)，可增加光強(qiáng)/熱阻比。

革去襯底膠、革去灌封膠，革去圍壩膠高溫易損材料，提高光源耐溫特性。

減少光路全反射，優(yōu)化出光角度，提高LED光源岀光效率，減少系統(tǒng)發(fā)熱。

革去鋁基板，可提高穩(wěn)態(tài)光效與瞬態(tài)光效比。

減少透鏡配光損耗。

減少防護(hù)構(gòu)件的擋光損耗。

?