大功率白光LED的制作

目前，市場(chǎng)上的大功率白光led從1瓦到幾十瓦都有，但1~3W的白光LED采用單芯片LED封裝成點(diǎn)光源，而5W以上的大多數(shù)白光LED是由大功率藍(lán)光LED芯片集成的，特別是10W以上大功率白光LED一般都直接集成在鋁基板或銅基板上，然后做成條狀或圓盤狀的面光源。

W級(jí)功率白光LED的封裝有其特殊性：一是W級(jí)功率白光LED在封裝時(shí)必須用到熒光粉；二是W級(jí)功率白光LED在封裝時(shí)的功率大、發(fā)熱量大。因此，在封裝W級(jí)功率白光LED時(shí)，必須要考慮三個(gè)通道：

·電流通道。W級(jí)功率白光LED通過(guò)電流比較大，一般是幾十毫安到幾百毫安以上，所以這種電流通道要考慮好。

·出光通道。光從藍(lán)光LED芯片發(fā)光層發(fā)出，如何讓一部分藍(lán)光激發(fā)熒光粉，從而發(fā)出黃光和另一部分藍(lán)光以合成白光，這是需要仔細(xì)研究的。

·熱通道。由于W級(jí)功率白光LED發(fā)出的熱量大，如何讓熱量傳導(dǎo)出去，從而降低W級(jí)功率白光LED中的pn結(jié)的溫度，這也是需要考慮的。

這三個(gè)通道能否設(shè)計(jì)好，對(duì)于W級(jí)功率白光LED來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。這三種通道最好都是獨(dú)立的，不要共用，特別是電流通道和熱通道不要共用。圖1是W級(jí)功率白光LED的出光、通電和導(dǎo)熱示意圖。

圖1 W級(jí)功率白光LED的光、電、熱走向示意圖

電流通道

W級(jí)功率白光LED的電流通道的通過(guò)電流很大，因此選用的導(dǎo)電金絲也要考慮使用比較粗的，每種金絲的直徑大小與允許通過(guò)的最大電流都有相應(yīng)的參考系統(tǒng)，可根據(jù)這種參考系數(shù)進(jìn)行選用。

另一方面由于電流大，在開(kāi)、關(guān)電源波動(dòng)時(shí)有很大的沖擊電流，因此要求電通道耐沖擊。白光LED器件溫度差別也較大，因此用來(lái)封裝的各種材料的熱脹冷縮系數(shù)要選配好，特別是要考慮金絲在熱脹的情況下能否經(jīng)受大電流的沖擊。

出光通道

由于W級(jí)功率白光LED發(fā)熱量大、溫度高，環(huán)氧樹脂在高溫下會(huì)發(fā)黃變污，因此降低了透光率，阻礙了出光通道，最終影響了出光。在選用出光通道的材料時(shí)，考慮到長(zhǎng)期使用時(shí)由于紫外光照射，會(huì)使膠產(chǎn)生“玻璃化”，因此W級(jí)功率白光LED的封裝膠在目前情況下應(yīng)選為硅凝膠（或硅樹脂）。

另一方面要考慮到折射率的因素，W級(jí)功率白光LED的芯片折射率一般約為3.0，封裝膠的折射率應(yīng)選為過(guò)渡值。LED光會(huì)從折射率約為3.0的芯片發(fā)射到折射率為1的空氣中，那么中間層應(yīng)選用多大的折射率呢？一般情況下，折射率應(yīng)大于1.5，這樣出光效率才會(huì)高。

W級(jí)功率白光LED出光的半強(qiáng)度角是由封膠和蓋殼決定的，這個(gè)半強(qiáng)度角要根據(jù)LED芯片出光的特性來(lái)設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)的角度是30°，60°，90，120°，等等。根據(jù)LED芯片的出光位置，要把光強(qiáng)“集中”起來(lái)向出光角度射出，這樣才能得到較大的光強(qiáng)。

熱通道

W級(jí)功率白光LED的熱通道也是十分重要的，它直接關(guān)系到W級(jí)功率白光LED的使用壽命和光衰問(wèn)題。LED芯片中的pn結(jié)溫度升高，促使芯片溫度升高，然后芯片的溫度就會(huì)傳導(dǎo)到熱沉上。這中間應(yīng)配有較好的導(dǎo)熱材料，才能使芯片的溫度很快地傳到熱沉上?，F(xiàn)在，這種導(dǎo)熱膠有很多種，要根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行選擇。

目前，連接芯片與熱沉之間有兩種辦法：一是用固晶膠把芯片與熱沉連接，二是用錫和金的合金進(jìn)行共晶焊接。這兩種方法如果實(shí)現(xiàn)得很好，都會(huì)獲得良好的導(dǎo)熱效果。導(dǎo)熱還與芯片的接觸面積有關(guān)系，所以芯片與熱沉的接觸面積大，其導(dǎo)熱的面積也大，導(dǎo)熱也快。

評(píng)價(jià)W級(jí)功率白光LED

對(duì)于W級(jí)功率白光LED，由于LED芯片和封裝所用的材料及工藝不一樣，所得到的管子性能也不一樣。如何判斷一個(gè)W級(jí)白光LED的管子的優(yōu)劣呢？一般可以通過(guò)以下幾個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)：

·經(jīng)過(guò)一段時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮，它的光通量衰減曲線是怎樣的？反向漏電有什么變化？色溫有什么變化？

·W級(jí)功率白光LED的色溫分布是怎樣的？光強(qiáng)的分布情況是怎樣的？

·熱阻大小是多少？

這幾個(gè)指標(biāo)是判斷W級(jí)功率白光LED的管子優(yōu)劣的重要指標(biāo)。