PCB-Neuigkeiten - Leiterplattenhersteller, Diskussion über Hochleistungs-LED-Beleuchtungstechnologie

Leiterplattenhersteller, discussion on high-power LED lighting technology

High-brightness light-emitting diodes (LEDs) are becoming a new generation of light sources for upgrading the traditional lighting industry due to their low power consumption, lange Lebensdauer, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, kein Flimmern, kleine Größe, keine Verschmutzung, und einfache Integration. Heute, bei Energieeinsparung, Emissionsreduktion, und Umweltschutz zunehmend betroffen sind, Halbleiterbeleuchtung ist zu einem neuen Wachstumspunkt in PCBA-Verarbeitung, und wurde von den Regierungen sehr geschätzt, Wissenschafts- und Technologiekreise und Industrien auf der ganzen Welt. Bisher, die Vereinigten Staaten, Japan, Europa, China und Taiwan haben alle ihre eigenen Halbleiterbeleuchtungspläne lanciert, und die Hochleistungs-LED-Beleuchtungsindustrie ist eine der auffälligsten Branchen geworden.
Es ist erwähnenswert, dass die vorgelagerte Epitaxial-Chip-Technologie im Grunde ausgereift und bis jetzt finalisiert ist., und kostengünstige und hochwertige LED-Chips können die Bedürfnisse der Beleuchtung erfüllen. Jetzt verlagert sich die Preismacht und entwickelt sich auf die Midstream-Verpackungs- und Downstream-Anwendungsterminalmärkte.. Das bedeutet, dass jeder, der den Chip gut anwenden kann, langlebige Herstellung, Hochleistungs-LED-Beleuchtungsprodukte, der wahrscheinlich der ultimative Gewinner der LED-Industrie werden wird. Die Probleme der Hochleistungs-LED-Beleuchtung Verpackung und Anwendung wurden hervorgehoben. Das Wichtigste ist, wie man das Wärmeableitungsproblem der Hochleistungs-LED-Beleuchtung löst. Dies ist nicht nur ein technisches Problem in statischen und technischen Anwendungen, aber auch Wärmemanagement-Modi. Und Strömungsmechanik und andere wissenschaftliche Fragen. Es unterscheidet sich völlig von den bestehenden "Chip-Aluminiumsubstrat-a Wärmeableitung Dreischichtstruktur" High-Power LED Serie Lichttechnik. The "chip-Wärmeableitung integration (two-layer Struktur) integrated high-power LED lighting series lamp" developed by us is in the technical route This aspect may have revolutionary and subversive significance, und es wird eine neue Entwicklungsrichtung für die Hochleistungs-LED-Beleuchtungsindustrie werden.

1. Current status of high-power LED lighting products
Zur Zeit, Die Lichtausbeute der LED kann etwa 30% der elektrischen Energie in Licht umwandeln, und fast alle anderen 70% der elektrischen Energie wird in Wärme umgewandelt, die Temperatur der LED erhöht. Wegen seiner sehr geringen Wärmeentwicklung, Niedrig-Power LEDs können gut ohne Wärmeableitungsmaßnahmen eingesetzt werden, wie Instrumentenleuchten, Signalleuchten, und kleine LCD-Hintergrundbeleuchtungen. Aber für Hochleistungs-LEDs, bei Verwendung in gewerblichen Gebäuden, Straßen, Tunnel, Industrie und Bergbau und andere Beleuchtungsbereiche, seine Wärmeableitung ist ein großes Problem. Wenn die Wärme des LED-Chips nicht abgeführt werden kann, es wird die Alterung des Chips beschleunigen, Lichtzerfall, Farbverschiebung, und verkürzen Sie die Lebensdauer der LED. Daher, Der strukturelle Modus und das thermische Management Design von Hochleistungs-LED-Beleuchtungssystemen sind sehr wichtig.
Zur Zeit, Alle Hochleistungs-LED-Leuchten auf dem Markt nehmen die "Chip-AluminiumsubstratDreischichtiges Strukturmodell für Kühlkörper", das ist, der Chip auf der Aluminiumsubstrat zur Bildung eines LED-Lichtquellenmoduls, und dann wird das Lichtquellenmodul auf dem Kühlkörper platziert, um es zu machen Hochleistungs-LED-Leuchten.
Es sei darauf hingewiesen, dass das derzeitige Wärmemanagementsystem von Hochleistungs-LEDs noch immer die Art und Weise verwendet, wie LEDs in den frühen Tagen für Kontroll- und Anzeigeleuchten verwendet wurden, das zum Thermomanagement-Modus von Low-Power-LEDs gehört. Mit dem "Chip-AluminiumsubstratDreischichtiger Strukturmodus für Kühlkörper" zur Vorbereitung von Hochleistungs-LED-Beleuchtung, Es gibt offensichtlich unzumutbare Stellen in der Systemstruktur, wie hoher Kontaktwiderstand zwischen den Strukturen, hohe Verbindungstemperatur, und geringe Wärmeableitungseffizienz, So der Chip Die freigesetzte Wärme kann nicht effektiv abgeleitet und abgeleitet werden, mit geringer Lichtausbeute, großer Lichtverfall, und kurze Lebensdauer von LED-Beleuchtungslampen, die den Beleuchtungsbedarf nicht erfüllen können.
Die Verbesserung der Wärmeableitungskapazität des Pakets ist eine der Schlüsseltechnologien, die in diesem Stadium dringend für Hochleistungs-LEDs gelöst werden müssen. Die Entwicklungsrichtung und der Fokus der LED-Beleuchtungsprodukte sind: hohe Leistung, geringer Wärmewiderstand, hohe Lichtleistung, geringe Lichtdämpfung, kleine Größe, und leicht, was die Anforderungen an LED-Wärmeableitungseffizienz höher und höher macht.
Allerdings, aufgrund der Begrenzung vieler Faktoren wie Struktur, Kosten und Stromverbrauch, Es ist schwierig für Hochleistungs-LED-Beleuchtung, einen aktiven Wärmeableitungsmechanismus anzunehmen, kann aber nur einen passiven Wärmeableitungsmechanismus verwenden. Allerdings, Die passive Wärmeableitung hat größere Einschränkungen; und die Energieeffizienz von LEDs ist relativ hoch. Low, derzeit ca. 70% wird noch in Wärme umgewandelt, auch wenn die Lichtausbeute verdoppelt wird, 40% der Energie wird in Wärme umgewandelt. Das heißt:, Es ist schwierig, sich soweit zu verbessern, dass die Wärmeableitung nicht berücksichtigt wird, so langfristig, Das Wärmeableitungsproblem der Hochleistungs-LED-Beleuchtung wird ein langjähriges Problem sein.
Jetzt, da die Zeit für Hochleistungs-LEDs für die Beleuchtung reif ist, Die Entwicklung eines effizienten Wärmemanagementsystems mit natürlicher Wärmeableitung ist Voraussetzung und Schlüsselfaktor für die Industrialisierung von Hochleistungs-LED-Beleuchtung geworden. Daher, Eine neue technische Route und Systemstruktur werden benötigt, um das Wärmeableitungsproblem der Hochleistungs-LED-Beleuchtung vollständig zu lösen.

2. New technical route for high-power LED lighting industry
In view of the existing high-power LED lighting heat dissipation technology, Es gibt mehrere thermische Widerstände und Probleme mit geringer Wärmeableitung. Wir versuchen, das Problem der niedrigen Lichteffizienz zu lösen, Schwerer Lichtverfall, and Kosten through the "chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode". Höhere Reihe von Fragen.
2.1 Technical route
The "chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode" not only removes the Aluminiumsubstrat structure, sondern platziert auch mehrere Chips direkt auf dem Kühlkörper, um ein Multi-Chip-Modul und eine einzige Lichtquelle zu bilden, die in eine integrierte Hochleistungs-LED-Lampen und Laternen vorbereitet wird, die Lichtquelle ist eine einzelne Lichtquelle, die eine Oberflächenlichtquelle oder eine Clusterlichtquelle ist.
2.2 Technical key
How to enhance the thermal conductivity of the chip and reduce the thermal resistance interface layer involves issues such as the structural model of the thermal management system, Strömungsmechanik, und die technische Anwendung von superthermisch leitfähigen Materialien; Wie man die Wärmespeicherung des Wärmeableitungssubstrats effektiv steuert, Planung der konvektiven Wärmeableitung, Das natürliche Konvektionswärmeableitungssystem beginnt hauptsächlich mit dem Entwurf der Lampenstruktur.
2.3 Technical solution
Reduce the thermal resistance layer by changing the LED light source Verpackung structure, Wärmeableitungsstruktur und Lampenstrukturmodus; Wenden Sie Super-Wärmeleitfähigkeit-Materialien an, um die Wärmeleitfähigkeit der Chip-Wärmequelle zu erhöhen; Optimierung des Wärmemanagementsystems auf der Grundlage der "Chip-Wärmeableitung integrierten Zweischichtstruktur" und Erhöhung der Luftströmung bildet natürliche Konvektion zur Wärmeableitung.
2.4 Design ideas
A modular approach is adopted to prepare high-power LED lamps. Die Lichtquelle, heat dissipation, Formstruktur, etc. sind in einem ganzen Modul verpackt, und die Module sind unabhängig voneinander. Jedes Modul kann separat ausgetauscht werden. Wenn ein Teil ausfällt, Nur das defekte Modul muss ausgetauscht werden. Ersetzen Sie andere Module oder ersetzen Sie das Ganze, um den normalen Betrieb fortzusetzen. Alle Modulteile der Lampe können mit bloßen Händen demontiert und montiert werden, Realisierung bequem, schnelle und kostengünstige Wartung.
2.5 Design points
For the modularization of the system, Zusätzlich zur Erfüllung der Wärmeableitung und Austauschanforderungen der Lampen, it must also meet the optical (optical efficiency) requirements and styling (market) requirements of LED lighting lamps.
3. Introduction to the integrated structure of chip and heat dissipation
"Chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode" is a new type of LED light source packaging mode, Strukturmodus und Thermomanagementsystem. Die mit diesem Technologiemodell vorbereiteten Hochleistungs-LED-Beleuchtungslampen lösen nicht nur das Problem der Wärmeableitung vollständig, aber auch effektiv lösen die Probleme wie Lichtverteilung, Lichteffizienz, Lebensdauer und Wartung, und haben eine lange Lebensdauer und hohe Lichteffizienz entwickelt. Von Hochleistungs-LED-Produkten, wie Straßenlaternen, Downlights, Tunnelleuchten, High Bay Lichter, Autoscheinwerfer, Landschaftsleuchten und andere Beleuchtungsgeräte.

3.1 Technical characteristics
3.1.1 Connect the chip and the aluminum alloy + super thermal conductive material composite matrix (heat sink) as a whole, Wenden Sie einzigartige Hochleistungs-LED-Verpackungstechnologie an, und kapseln mehrere Chips direkt auf dem Wärmeableitungssubstrat, So dass der Chip und das Wärmeableitungssubstrat sind Der thermische Widerstand ist kleiner, und das gesamte Wärmeableitungssubstrat ist eine komplette Lampe, Bildung einer integrierten Hochleistungs-LED-Beleuchtungskomponente.
3.1.2 Das thermische Managementsystem wird auf dem Prinzip der Bionik entworfen, und das thermische Widerstandsmodell der Zweischichtstruktur mit integriertem Chip und Wärmeableitung wird etabliert, und die Schnittstellentemperaturberechnung und Lebensdauervorhersage werden darauf durchgeführt.
Die Eigenschaft der integrierten zweischichtigen Struktur der Chip-Wärmeableitung besteht darin, dass der Wärmequellenchip direkt auf dem Kühlkörper gekapselt ist. Wenn die Temperatur der Wärmequelle steigt, Luftströme im porösen Kühlkörper. Die Löcher bieten einen Strömungskanal für Luftkonvektion, Es wird automatisch emittiert, um sicherzustellen, dass der Chip normal innerhalb des sicheren Gebrauchstemperaturbereichs arbeitet. Das fortschrittliche Wärmeleitungs- und Wärmekonvektionssystem sorgt für einen guten Wärmeableitungseffekt und verbessert die Leuchtleistung des Chips weiter.
3.1.3 The chip (45mil*45mi1) is packaged in an integrated manner (the chip is concentrated in a small area) to obtain a surface light source with higher luminous efficiency, das die Eigenschaften einer hohen Lichtstromdichte hat, hoher Gesamtlichtstrom, und geringe Blendung.
At present, High-Power LED Beleuchtungskörper wie Straßenbeleuchtung, Tunnelleuchten, Downlights, Scheinwerfer, etc. wurden unter Verwendung der oben genannten Technologie hergestellt. Darüber hinaus, Die aktuellen Hochleistungs-LED-Autoscheinwerfer benötigen elektrische Ventilatoren, um die Wärmeableitung zu verbessern, die Anforderungen von Marktanwendungen nur schwer zu erfüllen ist. Die gebündelten Hochleistungs-LED-Autoscheinwerfer aus zweischichtiger Struktur lösen das Problem der Verwendung von LED-Lichtquellen in der Automobilindustrie. Limitations of manufacturing car headlights
3.2 Product technical indicators and advantages
(1) Efficient heat dissipation: Use natural heat dissipation methods to completely solve the heat dissipation problem of high-power LEDs (temperature difference <4 degree Celsius, radiator temperature <60 degree Celsius, measured under the condition of ambient temperature>35 degree Celsius);
(2) High current: the rated current supplied to the chip is 400-450mA each;
(3) High Lichteffizienz: the whole light effect reaches 90.9 lm/W;
(4) Long life: >50 000h;
(5) Low light decay: The test result of the National Luminaire Quality Supervision and Inspection Center is: There is no light decay in the 1,000h life test;
(6) Integrated type: The integrated type is COR (Chip On Radiator), das ist, Der Chip ist direkt am Heizkörper integriert, which is completely different from the COB (Chip On Board) integrated type that is integrated and bonded on the Aluminiumsubstrat. Der integrierte Chip ist ein einzelner Chip, die eine oberflächliche Lichtquelle ist, a single light source or a cluster type
The light source (installed with glass lens) emits;
(7) The lighting effect is the same as the traditional non-LED light source, and does not change the light consumption habits of human beings;
(8) Simple structure: easy to maintain, kein allgemeiner Austausch erforderlich.
4. Technology development direction of high-power LED lighting industry
At present, für den technischen Weg der Hochleistungs-LED-Beleuchtungsindustrie, Wir glauben, dass es zwei Möglichkeiten gibt: Erstens, sich entlang des technischen Weges der "Chip-Aluminiumsubstrat-radiator (three-layer structure) mode"; the other is Develop the "chip-heat dissipation integration (two-layer structure) mode" technical route. "Chip-Wärmeableitung integrierte Struktur" ist eine aufstrebende Technologie. In dieser Struktur, außer dem Chip, Alles andere ist ganz neu, einschließlich Integration der Chip-Wärmeableitung, packaging, Stromversorgung, komplette Ausstattung, Prüfung, und sogar Standards, etc., Es macht Hochleistungs-LED-Beleuchtungsprodukte offensichtliche Vorteile in Bezug auf das Leben haben, light efficiency, Qualität, Design, Steuerbarkeit, cost, etc., im Vergleich zum "Chip-AluminiumsubstratDreischichtiges Strukturmodell für Heizkörper", Das ist Chinas Hochleistungs- und Hochleistungs-Halbleiter-Festkörperbeleuchtungsforschung, Anwendung und Industrialisierung können ein neues Feld sein, das viel tun kann.