LED封装技术及热管理

1、 第九届中国国际半导体照明论坛第九届中国国际半导体照明论坛会议摘要会议摘要会议时间：会议时间：2012-11-05至至2012-11-07会议地点：广州会展中心会议地点：广州会展中心-威斯汀酒店威斯汀酒店路明研发中心路明研发中心特种光源研发组特种光源研发组芯片、器件、封装与模组芯片、器件、封装与模组一、一款集成驱动的长寿命COB光源FROM：佛山国星光电科技有限公司 谢志国技术背景oCOB集成封装光源与LED颗粒光源相比具有成本方面的优势；o日亚、CREE、西铁城、夏普等世界著名LED厂商均推出各自的集成封装光源，引领了COB的发展方向。oLED灯具，尤其是球泡灯的寿命瓶颈在于驱动电源，通过传

2、统的驱动技术，很难解决寿命瓶颈问题。产品图片及驱动电路产品特点1、采用韩国首尔半导体推出的ACRICH的集成电路作为驱动，COB的铜基板周围加上很少的几个元器件即可实现AC-220V直接驱动；2、电路方面采用HV-LED+整流桥堆+IC的非常简单的结构；3、国星光电作为ZHAGA的成员企业，产品设计严格遵守ZHAGA标准；4、固晶区域做铜基板镀镍工艺处理，实验表明初始光效和光通维持率均优于镜面铝和陶瓷基板（？镀镍陶瓷基板镜面铝）；5、没有电解电容、光耦等存在寿命瓶颈的电子元器件，灯具寿命=LED的寿命；6、驱动效率达到92%以上。听众提问环节，该设计暴露的缺点o对电网电压波动的承受力很弱，正负

3、5%；o纹波大，不能解决LED的闪烁问题；o该设计没有通过任何安规认证的记录；o显色指数达到80的情况下，光效60LM/W。演讲者答复：该产品是国星光电的一个前沿性演讲者答复：该产品是国星光电的一个前沿性开发设计，是对开发设计，是对LED未来发展方向的一种探未来发展方向的一种探索，上述问题正在解决当中。索，上述问题正在解决当中。备注：展会上看到四川新力光电展出无驱动电源的备注：展会上看到四川新力光电展出无驱动电源的LED球泡灯，声称通过长余辉荧光粉球泡灯，声称通过长余辉荧光粉解决了目测闪烁问题，但是在摄像机下还会发现明显的闪烁现象。解决了目测闪烁问题，但是在摄像机下还会发现明显的闪烁现象。芯片

4、、器件、封装与模组芯片、器件、封装与模组二、ACRICH2引领交流驱动LED的趋势 FROM：韩国首尔半导体 谭才海技术背景o交流LED始终是行业内的一个发展方向，行业内迫切需求交流LED来解决灯具寿命方面的“木桶效应”；o首尔半导体的第一代ACRICH还存在一些缺点。产品图片电路原理（资料中没有电路图，手机拍摄效果不好）每颗LED的工作电压不同，在正玄波形的不同幅度位置依次被点亮。因此，8颗LED为4种不同结压的LED。产品特点o使用了ACRICH-2IC，直接连接110V或220V交流电源；o谐波25%以内，消除了频闪问题，球泡灯20CM以外，摄像机下无频闪现象；oPF值=0.950.97

5、，效率92%；o最简单的BOM；o真正意义上的长寿命，50000小时；o支持调光，可与市场上70%调光器匹配；o可承受电网电压波动范围：10%-15%；o采用5630贴片封装形式。该设计存在的问题o整灯光效接近60LM/W;o目前只能直接购买首尔半导体的模组，自由设计的空间有限；o成本方面没有优势；o没有安规认证的任何记录。关注深圳长运通科技开发的交流LED驱动，自由设计的空间比较大。芯片、器件、封装与模组芯片、器件、封装与模组三、高光效白光LED芯片关键技术开发与展望 FROM：华灿光电股份有限公司 王江波高品质、低成本白光高品质、低成本白光LED关键技术的三个方面关键技术的三个方面o提高L

6、ED在大电流工作情况下的光效；（近一两年LED成本减半的情况下，性能并没有翻倍）o减少芯片切割环节产生的可碳化残留物质；o提高芯片电极的透明度。我们都知道，但是又不太明确的两个概念概念：电流密度电流密度：单位面积的LED芯片上，流过的电流值，叫做电流密度，单位：mA/mm。功率密度功率密度：单位面积的LED芯片上，消耗的电功率，叫做功率密度，单位：W/mm。我们都知道，但是又不太明确的两个结论结论1：对于同样工艺和材质的芯片来讲，在同样的散热条件下，同样的封装形式下，光效只与电流密度或功率密度有关，且与之成“反比”关系；结压与电流密度有关，且与之成“正比”关系。结论2：在相同的电流密度和功率密

7、度下，光效与温度值成“反比”。能够验证上述两个结论的实验结果1、光效与电流密度或功率密度成“反比”：（1）240mA驱动时的蜡烛灯要比300mA驱动时的蜡烛灯光效高；（2）采用45mil芯片的蜡烛灯比38mil芯片的蜡烛灯光效高；（3）球泡灯：同样功率情况下，45mil的高压芯片与45mil的常规芯片光效一致，60mil蓝光芯片比45mil蓝光芯片光效高；能够验证上述两个结论的实验结果芯片、器件、封装与模组芯片、器件、封装与模组四、人们对LM/W的误解 FROM：香港科技大学教授 李世玮大部分大部分LED从业者没有接受过系统的光学专业教育从业者没有接受过系统的光学专业教育正因为如此，很多从业者

8、对一些基本的概念都不正因为如此，很多从业者对一些基本的概念都不是很清楚，例如说：是很清楚，例如说：LM/W。1、光效（、光效（LM/W）=光通量光通量/灯具功率，那么灯具功率，那么光通量光通量=what，灯具功率，灯具功率=what。（作者主。（作者主讲内容）讲内容）2、积分球的测试结果中，那些数据的含义我们、积分球的测试结果中，那些数据的含义我们都很清楚吗？（扩展内容）都很清楚吗？（扩展内容）积分球的测试报告测试报告的上半部分积分球的测试报告测试报告的下半部分这些数字我们了解他们含义吗？这些数字我们了解他们含义吗？在此跟大家共同学习三个基本数据的含义：1、光通量：光通量（luminous f

9、lux）指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。K：光敏度、感光度（类比：胶卷的感光度）、人眼对于彩色的感知能力 K = 683.002 lm/W。 K值使光通量的单位与辐射功率的单位得到统一。 在此跟大家共同学习三个基本数据的含义：2、显色性Ra和R1-R15：（1）显色性Ra：光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较得出来的。 （2）R1-R8是光源对国际照明委员会规定的8种颜色样品的特殊显色指数（Ra为R1-R8的平均值）。 （3）R9-R15：国际照明委员会除规定计算一般显色指数

10、用的8种色样外，还补充规定了6种计算特殊显色指数用的颜色样品，包括彩度较高的红、黄、绿、蓝、叶绿色和欧美青年妇女的肤色。我国光源显色评价方法另外又增加了中国青年妇女肤色的标准色样。 在此跟大家共同学习三个基本数据的含义:R1-R15对应的颜色：对应的颜色：应用的特殊场合的照明灯具，不仅要求显色指数达到符合要求的应用的特殊场合的照明灯具，不仅要求显色指数达到符合要求的指标，而且要求相应的指标，而且要求相应的R值要大于一定的数值，例如，珠宝柜台值要大于一定的数值，例如，珠宝柜台照明灯具，要求在照明灯具，要求在Ra80的前提下，的前提下，R1-R3和和R10至少要大于至少要大于75才可以；生鲜灯要求

11、在才可以；生鲜灯要求在Ra80的前提下，的前提下，R9-R11、R14至至少大于少大于80才可以。才可以。在此跟大家共同学习三个基本数据的含义：3、灯具功率P=U*I应该是最基本的概念！但实际上，此处P=U*I*PF为什么会有PF，PF是怎么产生的？为什么会有PF，PF是怎么产生的？AC220V（U= 220V*cost）在坐标当中只有实轴分量，没有虚轴分量；）在坐标当中只有实轴分量，没有虚轴分量；灯具（电源灯具（电源+LED）作为交流电）作为交流电AC220V的负载，由于电源内部存在着感性器件或容性的负载，由于电源内部存在着感性器件或容性器件，所以灯具的等效阻抗既有实轴分量，又有虚轴分量，其

12、等效阻抗等效为：器件，所以灯具的等效阻抗既有实轴分量，又有虚轴分量，其等效阻抗等效为：Z=R+（wL+ ）i，因此，电流，因此，电流I=U/Z也是既有实轴分量，又有虚轴分量，将电流也是既有实轴分量，又有虚轴分量，将电流I在坐标中用向量在坐标中用向量A表示，那么向量表示，那么向量A与实轴形成一个与实轴形成一个a，PF=cosa。换一种理解方式：。换一种理解方式：积分球测出来的功率积分球测出来的功率P=U*电流的实轴分量，总功率电流的实轴分量，总功率S=U*电流向量的模值，电流向量的模值，P=S*cosa。而电表中测试得到的功率是。而电表中测试得到的功率是P，而电网实际消耗的功率为，而电网实际消耗

13、的功率为S。芯片、器件、封装与模组芯片、器件、封装与模组五、小粒径荧光粉与喷墨打印技术在LED封装中的应用 FROM：香港应用科技研究院 马文波博士技术背景oLED封装过程中，分档选择提高成本，给销售环节和客户使用环节带来较大的麻烦；o传统封装技术存在胶体和荧光粉老化问题。技术特点o喷墨打印技术会使小粒径荧光粉喷涂地更均匀；o封装胶体和荧光粉的多层喷涂可减缓胶体老化和荧光粉老化；o同一批次分当率高达97%以上；o专利正在申请中。欲深入了解，请查阅组委会提供的PDF文档之Page135。芯片、器件、封装与模组芯片、器件、封装与模组六、一种新的一种新的LED封装技术封装技术基于粉浆法的自基于粉浆法

14、的自适应图层技术适应图层技术 FROM：电子科技大学：电子科技大学 光电技术学院光电技术学院技术背景1、目前获得白光、目前获得白光LED的主流方式是在的主流方式是在GaN蓝光芯片表层蓝光芯片表层涂覆涂覆YAG荧光粉，这种传统方式具有以下缺点：荧光粉，这种传统方式具有以下缺点：（1）由于部分大功率）由于部分大功率LED荧光粉粉层形貌为球冠形，将荧光粉粉层形貌为球冠形，将会造成点亮的会造成点亮的LED出现黄色光圈；出现黄色光圈；（2）硅胶与荧光粉混合后，封装工艺过程中的荧光粉沉）硅胶与荧光粉混合后，封装工艺过程中的荧光粉沉淀问题和出货前的分档困扰始终是传统封装方式面临的淀问题和出货前的分档困扰始终

15、是传统封装方式面临的难题。难题。2、自从美国、自从美国Lumileds公司首先提出白光公司首先提出白光LED的保形涂的保形涂层方法之后，各大国外先进厂家分别完成了各自的保形层方法之后，各大国外先进厂家分别完成了各自的保形涂层产品的开发，但国内仍鲜有报道！涂层产品的开发，但国内仍鲜有报道！保形涂层技术是个什么技术？保形涂层技术又叫做自适应涂层技术，利用感光胶和荧光保形涂层技术又叫做自适应涂层技术，利用感光胶和荧光粉的混合体进行涂覆，粉的混合体进行涂覆，LED芯片被点亮之后完成曝光，芯片被点亮之后完成曝光，再用溶剂显影，可形成荧光粉层的保形涂层，相比于传再用溶剂显影，可形成荧光粉层的保形涂层，相比

16、于传统的封装工艺，荧光粉的形貌、厚度会与芯片的出光光统的封装工艺，荧光粉的形貌、厚度会与芯片的出光光强相匹配，因此采用该技术的产品具有更好的空间色温强相匹配，因此采用该技术的产品具有更好的空间色温一致性。一致性。另外，荧光粉粉层的厚度由曝光时间决定，这也使得LED的色温实现了可控一致性。自适应涂层技术应用于集成封装的LED产品，技术优势更明显。工艺流程示意图采用保形涂层技术的集成封装模块采用保形涂层技术的集成封装模块从C图到D图，中间有一个溶液清洗的过程。完成曝光显影后，再灌入硅胶保护。LED的热管理与可靠性的热管理与可靠性一、固体照明系统快速质量检测 FROM：半导体照明联盟创新国家重点实验

17、室 筹博士技术背景 能源之星和CQC的检测标准中，至少6000小时的检测周期太长，因此LED行业迫切需求快速的、周期较短且不失真的灯具寿命检测方法的出台。目标、方法和理论依据目标：研究出一种检测周期为2000h的检测方法，能够准确的判断LED灯具的寿命。方法：（1）增加环境温度（实验时，讲环境温度设置为55）；（2）若灯具的电源与光源散热相互干扰较小，可加大驱动电流进行老化测试。理论依据：严格按照能源之星的评估检测方式，只是在原来基础之上乘以相应的温度系数和电流系数。LED的热管理与可靠性的热管理与可靠性二、LED灯具可靠性的影响因素及评价方法的研究 FROM：大连工业大学 邹林博士利用建筑学

18、中使用的数学模型（把风、雨及自然灾害等自然因素和车辆对桥身的损坏因素转换为二维矩阵的元素，通过二维矩阵的计算结果，来判定桥梁的安全等级）推算LED灯具的可靠性，电源因素、外界温度、风雨等自然因素、LED光源自身因素等均是由专家打分得出数值。LED的热管理与可靠性的热管理与可靠性三、采用汽相基托盘提高大功率LED的热性能FROM：桂林电子科技大学 张平博士什么叫做汽相基散热器内部为空腔结构，内部充满比热容较大的液体，LED发热之后，散热器内的液体形成自主流动和循环，对LED的导热和散热起到一定的帮助。LED的热管理与可靠性的热管理与可靠性四、通过Au80Sn20共晶互联对LED热学性能的提升 F

19、ROM：上海大学 殷录桥博士实验过程及结果利用行业内普遍采用的LED固晶胶（银胶）点胶、固晶之后的芯片及支架放在X射线分析仪下分析，发现芯片下很多的地方都没有银胶，如左图所示，这对芯片散热很不利。这种发现促使他开发了成分为Au80Sn20的固晶胶，300时固化，点胶、固晶之后在X射线分析仪下分析的结果如右图所示，胶体分布的很均匀。采用两种不同固晶胶封装成LED光源之后，做成老化模型，用热分析仪分析两个老化模型，结果成分为Au80Sn20的固晶胶封装的LED热特性优于传统方式。成本？驱动、电源与控制系统技术一、多路LED光源标准化、模组化驱动的解决方案FROM：英飞特电子（杭州）有限公司 陈伟（

20、技术总监）室外LED灯具为什么要模组化LED光源模组化（比如照明事业部设计的投光灯模组）具有以下优势：1、降低了开发成本多种功率和功能的灯具光源部分只需开一套模具；2、降低了生产成本不同的订单大量重复使用相同的光源模组，工人操作熟练，所需工时缩短，废品率降低；3、减少库存，加快资金周转不同的订单大量重复使用相同的光源模组；4、降低了维护成本小体积模组更容易更换，也降低了高空作业的难度；5、模组化多路驱动造就了最稳定的LED串并方式。最稳定的LED串并方式是什么样的？最差的串并方式：全并联方式。最差的串并方式：全并联方式。缺点缺点：（：（1）LED的等效阻抗阻抗不一致，电流不能够平均分配；的等效

21、阻抗阻抗不一致，电流不能够平均分配； （2）大电流、低电压的驱动方式，电源效率很比较低。）大电流、低电压的驱动方式，电源效率很比较低。四种串并方式的比较四种串并方式的比较第一种：全并联方式第一种：全并联方式最稳定的LED串并方式是什么样的？第二种：矩阵方式只比全串方式好只比全串方式好缺点：缺点：D1和和D3等效阻抗不一致，分配得到等效阻抗不一致，分配得到的电流不相等，在热分析仪下，最初并联在的电流不相等，在热分析仪下，最初并联在一起的一起的LED温度不一致，而随着老练时间的温度不一致，而随着老练时间的延长，温度不一致的现象越来越明显，延长，温度不一致的现象越来越明显，甚至甚至灯具的配光曲线已经发生了变化，灯具的配光曲线已经发生了变化，采用几家采用几家国内知名品牌的国内知名品牌的LED灯珠都是如此，灯珠都是如此，实验灯实验灯具为一盏具为一盏8寸筒灯。（寸筒灯。（致命缺点）致命缺点）当当LED发生断路或短路故障时，矩阵方式与发生断路或短路故障时，矩阵方式与先串联后并联的方式相比，没有太明显的优先串联后并联的方式相比，没有太明显的优势。势。最稳定的LED串并方式是什么样的？第三种：全串方式或先串后并方式第三种：全串方式或先串后并方式缺点：缺点：（1）70W以上的灯具，灯珠数量太多时，全串