LED照明灯具可靠性测试方法及成本控制

2010-12-3　　来源：中国建材第一网　　有141940人阅读

　　d．散热新问题

　　随着LED 照明'>LED照明产品的发展，有二种新的技术：其一，为了增大单管的光通量，注入更大的电流密度，如下面所提，以致芯片产生更多的热量，需要散热。其二，封装新结构，随着LED光源功率的增大，需要多个功率LED芯片集合封装在一起，如COB结构、模块化灯具等，会产生更多的热量，需要更有效的散热结构及措施，这又给散热提出新课题，否则会极大地影响LED灯具的性能及寿命。

　　综上所述，一定要提高散热水平，但近期有人提出“随着LED光效提高，散热就不重要”，我认为这是不对的，因为LED灯具做得很好，其总能效也只是50%，还有很多电能要变成热。其次，LED大电流密度和模块化灯具等都会产生更多集中的余热，需要很好散热。为提高散热水平提出几点原则性意见：

　　其一，从LED芯片来说，要采取新结构、新工艺，提高LED芯片结温的耐热性，以及其他材料的耐热性，使得对散热条件要求降低。

　　其二，降低LED器件的热阻，采用封装新结构、新工艺，选用导热性、耐热性较好的新材料，包含金属之间粘合材料、荧光粉的混合胶等，使得热阻≤10℃/W或更低。

　　其三，降低升温，尽量采用导热性好的散热材料，在设计上要求有较好的通风孔道，使余热尽快散出去，要求升温应小于30℃。另外，提高模块化灯具的散热水平应提到日程上来。

　　其四，散热的办法很多，如采用热导管，当然很好，但要考虑成本因素，在设计时应考虑性价比问题。

　　此外，LED灯具的设计除了要提高灯具效率、配光要求、外形美观之外，要提高散热水平，采用导热好的材料，有报道称，散热体涂上某些纳米材料，其导热性能增加30%。另外，要有较好的机械性能和密封性，散热体还要防尘，要求LED灯具的温升应小30℃。

　　二、LED照明灯具的成本问题

　　LED光源是否能全面进入照明领域，其光源的成本是最关键的，从目前看，不同LED产品，比传统产品的成本差价还有5~10倍，而且由于主要技术指标还要进一步提高，不断提出采用新结构、新材料、新技术、新工艺，这无疑给LED成本带来新的压力。根据美国SSL计划提出的要求，2015年达到集成价格2美元/klm。从目前的成本价位，要求成本每年平均下降20%，基本上可以达到上述指标，这是非常艰巨的任务，下面从二个层面提出几点降低成本的方法，供大家讨论。

　　1.规模化生产及提高成品率

　　采用自动化设备进行大规模生产，可大幅度提高生产效率、节省费用、降低成本。另外，采用工艺措施和质保体系的管理办法来提高成品率，同样是降低成本的好办法。

　　2.技术创新降低成本

　　要降低成本重点要从技术上进行创新，采用新结构、新技术、新材料、新工艺，既可提高LED性能指标，又可有效地大幅度降低成本，这是努力的方向，以下介绍几个办法。

　　（1）外延芯片降低成本办法

　　从现阶段来看，LED芯片的成本占LED光源的比例是较高的，要重点从外延芯片上下功夫降低成本，介绍四个具体办法。

　　其一，增大外延片面积：外延生长的园片面积，从目前采用2寸及部分4寸已瞄准目标向6寸进军，虽然外延芯片面积增大，在技术上要克服片子的均匀性、龟裂、变形等出现的新问题，但降低成本非常显著。另外，生产MOCVD的厂家目前还正在研发8寸圆片的设备。

　　其二，改进外延生长：Veeco亚洲总裁王克扬介绍从MOCVD的良品、工艺、架构着手，具体对平均无故障间隔时间（MTBF），平均清洁间隔时间（MTBC）、平均修复时间（MTTR）这三种时间进行改进，以及设备间匹配性和线上工艺控制，可提高产量，使外延片的成本从2009年的1美元/cm2降至2014年的0.2美元/cm2。

　　其三，增加电流密度：国外几个主要公司均在研发增加LED 正向电流的电流密度，来提高单颗功率LED发光的光通量，以达到同样照度时而减少LED的数量，当然会牺牲部分光效，如果从目前正向电流350mA增到2A时，光通量可增加4~5倍，成本将大幅度下降。当然还要解决结温耐热性、封装材料耐热性及散热等新问题。

　　其四，降低开启电压VF：目前GaN开启电压VF的典型值为3.3V，国外正在研发降低VF值，如果达2.8V之内，当输入功率降低时可获得同样的光通量（光效），即能效提高，节约成本。

　　（2）LED封装

　　改进LED封装工艺，采用新结构、新材料、新工艺，提高LED封装成品率，降低LED封装成本，是封装企业始终努力的目标。现另介绍一些降低封装成本的办法。

　　其一，封装材料与芯片分开，制作封装材料透镜、荧光粉薄膜等，与芯片隔开进行封装，此方法工艺简单、散热较好，产品性能的稳定性、均匀性较好，可提高封装器件的可靠性，而且封装的成本也较低，是器件封装的主要方向之一。

　　其二，采用COB 封装形式，即LED多芯片集成封装。有报道称，采用COB封装，可降低封装成本30%，但要解决好封装的出光效率和散热问题。

　　（3）LED灯具

　　LED灯具包含散热体的成本占LED照明产品的比例也是较高的，为降低灯具成本，可以从二方面考虑。

　　其一，灯具含散热体的设计合理，减少材料浪费。选用合适的材料，既有较好的机械性能和散热性能，又要合理的性价比。

　　其二，模块化灯具，即将LED芯片、驱动电源和散热体等封装在一起成模块单元，进行标准化生产。根据不同灯具要求，可采用模块单元组合装配。这种模块化装配方式可极大地降低制造成本。但要解决好能效和散热的新问题。

　　要使LED光源全面进入照明领域，目前急需解决的是LED照明灯具系统可靠性和降低成本的二大问题。通过上述分析，从LED灯具各组成的环节部分，即外延芯片、器件封装、驱动电源、散热、灯具等来看，必须分别进行可靠性设计、试验，各自达到可靠性指标，才能保障系统可靠性，使LED灯具寿命达3.5万小时。在降低成本方面，认真做好提高成品率、规模化生产的同时，重点在技术创新，特别在外延芯片、器件封装、灯具设计上要不断改进创新，使LED灯具成本能大幅度降低，并于2015年之前，实现LED照明灯具销售价在15元/klm之内。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编辑：Leo

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