LED從來(lái)不缺新機(jī)會(huì)、新市場(chǎng)。在2016高工LED年會(huì)由炫碩光電冠名的“封裝的下一場(chǎng)技術(shù)戰(zhàn)役”專(zhuān)場(chǎng)，中科芯源常務(wù)副總經(jīng)理葉尚輝為在場(chǎng)嘉賓帶來(lái)了“K-COB超高功率COB的應(yīng)用趨勢(shì)”的主題演講。
中科芯源常務(wù)副總經(jīng)理葉尚輝
LED進(jìn)入專(zhuān)業(yè)的照明領(lǐng)域，首先要提高光輸出和光穩(wěn)定性。
在一些特殊大空間的照明領(lǐng)域，也需要對(duì)配光提出更高的要求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離投光有更高的要求。在一些工業(yè)照明環(huán)境，對(duì)于燈具的可靠性也提出了更高的要求。
比如，廣州南站的頂棚站有一些燈已經(jīng)不亮了，在大的空間難以維護(hù)的場(chǎng)合中對(duì)LED提出了更高的要求。在傳統(tǒng)的防爆燈具方面，也需要更大的功率、更好的防護(hù)手段。
從150瓦、400瓦功率的替換，更高功率的LED替換遇到一些困難。大空間專(zhuān)業(yè)照明領(lǐng)域，金鹵燈功率超過(guò)1KW，在這些應(yīng)用領(lǐng)域由于空間距離較遠(yuǎn)，又都是定向照明需求，要求可以提供小角度、遠(yuǎn)光強(qiáng)的輸出。
這就要求LED更高的亮度、更好的可靠性，我們?cè)谧龃蠊β蔐ED的時(shí)候，兼顧可靠性管理和光學(xué)設(shè)計(jì)上，我們面臨著一些問(wèn)題，可能有一些矛盾性。
COB的熱分布
COB封裝結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)已經(jīng)有20年了，早期在小功率應(yīng)用的時(shí)候，它的表現(xiàn)關(guān)注點(diǎn)在芯片節(jié)溫控制。
到了一定的功率，在COB領(lǐng)域從幾十瓦做到一百瓦以上的時(shí)候，行業(yè)有很多專(zhuān)業(yè)的分析，芯片節(jié)溫控制本身可以做到比較理想的范圍，但是功率增加、密度增加以后，它的熒光轉(zhuǎn)換的部分發(fā)熱是不能忽視的。
如果把功率做大，超過(guò)200瓦，它的溫度可能超過(guò)300度以上，它的熱源不在于芯片。
材料溫度特性
最常見(jiàn)的就是黃變，玻璃化，會(huì)開(kāi)裂。出現(xiàn)藍(lán)光表明芯片沒(méi)有問(wèn)題，是熒光轉(zhuǎn)換缺少了黃光部分，所以就出現(xiàn)了藍(lán)光。
熒光材料特性
黃光為什么會(huì)失效呢?它在超過(guò)一定溫度的時(shí)候，熒光效率急劇下降，熒光粉在200到250度以上帶來(lái)衰減，不可能恢復(fù)到原始狀態(tài)。
我們對(duì)于150瓦的光源，從結(jié)構(gòu)模擬到實(shí)際成品的測(cè)試都表現(xiàn)出溫度集中在中心的部位，中心點(diǎn)的發(fā)熱很難導(dǎo)出來(lái)，受限于硅膠導(dǎo)熱性的限制。
COB光源熱結(jié)構(gòu)分析
熒光陶瓷是一個(gè)陶瓷晶體，從激光陶瓷轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的一個(gè)技術(shù)，在匹配可見(jiàn)光黃光部分，保持原有陶瓷的特性，有很好的導(dǎo)熱性、很好的耐溫性。
我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)封裝結(jié)構(gòu)，讓熒光部分的熱量可以在熒光陶瓷上均衡，同時(shí)通過(guò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)把它到導(dǎo)到散熱體上。
我們實(shí)際應(yīng)用的效果，在600瓦的條件下，提取點(diǎn)在105度的時(shí)候還能夠把熒光面陶瓷的中心溫度控制在120度左右。
光學(xué)優(yōu)勢(shì)
解決封裝結(jié)構(gòu)的短板就是COB提升光效的一個(gè)關(guān)鍵，COB在密度增加以后，間距減小，一般我們現(xiàn)在做高密度的COB，芯片的間距小于1毫米，它的熱表現(xiàn)特別明顯。
我們通過(guò)改善這種結(jié)構(gòu)，可以讓整個(gè)光源工作在一個(gè)相對(duì)較低的溫度水平，從熒光轉(zhuǎn)換特性來(lái)看，熒光陶瓷在120-150度的范圍，可以保持95-98以上的熒光轉(zhuǎn)換的率。
同時(shí)，熒光陶瓷的設(shè)計(jì)可以很好地跟藍(lán)光芯片光譜匹配，不會(huì)造成熒光和光譜太寬，重復(fù)激發(fā)影響效率。陶瓷通過(guò)表面的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以提高光的輸出。最終，我們可以達(dá)到160秒/瓦。
低熱阻封裝
還是要考慮芯片節(jié)溫控制，芯片節(jié)溫控制是由封裝熱阻決定的，封裝結(jié)構(gòu)上可以對(duì)封裝熱阻進(jìn)行改善。我們現(xiàn)在可以做到同等條件，熱阻可以下降一半。
同時(shí)，越是大功率的光源越需要散熱的支撐，需要對(duì)中心的熱導(dǎo)出有很強(qiáng)的匹配。通過(guò)散熱器的設(shè)計(jì)，中心端和末端溫差控制在5度，上下溫差、中心點(diǎn)溫差控制在2度以?xún)?nèi)。
最終的效果，在300瓦的條件下，提取點(diǎn)在66度的條件，光源表面最高的溫度在120度左右。
產(chǎn)業(yè)化路徑
通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)移，我們開(kāi)發(fā)了熒光陶瓷的晶體匹配在LED紅外波段，定位在大功率、超高功率COB光源。
第一代光源截止到2017年1月4日常溫老化630天，老化周期超過(guò)15120小時(shí)。同時(shí)提出了85度老化測(cè)試，做了兩組樣本：300瓦的樣本和500瓦的樣本，目前已經(jīng)超過(guò)7500小時(shí)，我們正裝芯片+2.1倍的電流條件下做的老化。
我們做了LM-80測(cè)試，80認(rèn)證的結(jié)果可能要到2018年，中間可能要做1萬(wàn)小時(shí)以上。同時(shí)，光源沒(méi)有停止，已經(jīng)做到了1000瓦的穩(wěn)態(tài)輸出。
從材料研發(fā)，到白光專(zhuān)利，到無(wú)封裝結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利，我們?nèi)〉昧艘幌盗械某晒瑫r(shí)取得了5項(xiàng)國(guó)際PCT的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)，我們擁有一個(gè)完整的專(zhuān)利結(jié)構(gòu)。
超大功率COB應(yīng)用在體育應(yīng)用上有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，體育要求精確的背光、小光衰。環(huán)保燈國(guó)內(nèi)的水平止步于120瓦，限制了光源的尺寸，在小尺寸中要超過(guò)200瓦目前也是一個(gè)比較空白的領(lǐng)域。
在道路照明中，希望光源燈具的壽命達(dá)到8年以上，目前有很多方案在做，一個(gè)是光源和電源分離，可以降低維護(hù)成本。
我們的方向，當(dāng)維護(hù)成本高于燈具成本的時(shí)候，必然對(duì)LED燈具的可靠性提出嚴(yán)格的要求。
專(zhuān)業(yè)照明優(yōu)先考慮配光設(shè)計(jì)：小尺寸、大功率;優(yōu)先考慮高可靠性：長(zhǎng)壽命、低光衰;優(yōu)先考慮性?xún)r(jià)比：高品質(zhì)、免維護(hù)。
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