白光LED封装技术

白光LED封装技术

不同颜色的φ5mm LED 随着时间变化不会以同样的方式衰减。在20mA 的电流下，φ5mm 封装LED的衰减情况如图1所示。红光LED的光输出衰减速率较白光LED慢，而绿光和蓝光LED则以中等到的速率衰减。白光LED封装在一个与外界隔离的灯具中，环境温度将影响白光LED的光输出衰减速率。

图1 φ5mm封装LED的衰减情况

不同白色光源的光输出随时间变化的规律如图2所示。高功率的白光LED有非常低的光输出劣化。根据图2中的初步数据，光线的吸收和散热已使高功率白光LED有所进展，它提供了改善的发光功效，并提高了照度的维持度。

图2 不同白色光源光输出随便时间变化的规律

丰田公司日前成功开发了封装面积只有3.4mm×2.8mm×1.2mm 的大电流型白光LED。与原产品相比，封装面积和封装厚度大约分别减至原来的1/15 和1/5，最大可通过500mA电流，可应用于各种照明设备、17.78~53.34cm (7~21英寸)的液晶面板背光光源以及汽车灯具等。大电流白光LED能大幅减小尺寸，主要得益于通过采用陶瓷封装提高了散热性。原来的产品使用的是热传导性较差的树脂封装材料，所以需要通过加大封装尺寸来提高散热性。

近年来随着大功率白光LED封装技术的发展，可通过减小白光LED结点与插脚间的热阻抗，把封装外壳做成扁平状、缩短结点与插脚之间的距离来缩短传输的距离。同时，引线支架的直径更大，引脚增大，并使用热传导性能较好的材料制作，能使热量更快地散发出来。使用耐高温的环氧树脂，解决了高温和散热问题，因此可以利用大芯片进行封装，致使其工作电流可由一般的20mA增大到350mA、700mA甚至1000mA，其功率可以达1W、3W甚至5W。这种封装结构的辐射视角很宽，因此该白光LED的光学效率也较高。所以，信号灯中使用的白光LED只需十几只，甚至几只。常规白光LED与功率白光LED在信号灯中应用的比较结果如下：

① 所用材料不同。一般白光LED使用环氧树脂作为安装板，而功率白光LED需要使用铝基线路板（MCPCB）。

② 生产工艺不同。一般白光LED使用波峰焊或手工焊均可，而功率白光LED需要使用贴片焊机。

③ 配套的电子元件不同。因为焊接工艺不同，所以与一般白光LED配套的电子元件也是需要使用波峰焊或手工焊的一般元件，而与功率白光LED配套的电子元件都是贴片元件。

④ 自动化程度不一样。由于生产工艺不一样，贴片式生产的自动化程度高，可以使用流水化生产线；而一般白光LED和一般元件由于外观、结构差异较大，因此有相当一部分工作（如插管等）都需手工完成。这样导致两者的加工质量也不一样。

⑤ 加工性能保障不一样。由于静电防护等措施是影响白光LED使用寿命的重要因素，而一般白光LED生产的自动化程度不高，因此静电防护等措施比较难以实施。而功率白光LED的生产工艺比较容易保证其完好性。

⑥ 集成化程度不一样。由于功率白光LED采用贴片式工艺，因此其电子元件可以高度集成化，可以把灯板和电源等都做得很小，而一般白光LED及其配套元件难以实现这一目标。

⑦ 结构设计要求不同。虽然一般白光LED的功率小，单只白光LED发热少（当然这些白光LED承受发热的能力也低，散热效果也差），但其分布在整个发光面内，因此其散热方面的改善措施难以实施。而功率白光LED相对集中，又是使用贴片工艺安装在铝基板上，因此容易设计散热器，可把白光LED灯板直接安装在上面以改善其散热效果。

⑧ 配光设计要求不一样。一般白光LED因为使用的管数多，且均匀分布在整个发光区域内，因此配光时需要针对白光LED一一对应。而功率白光LED管数使用得较少，一般300mm信号灯使用12只甚至8只LED就可达到要求，因此把整个灯板置于发光面的轴心附近，在配光时近似地将其当作集中光源来进行设计。

⑨ 使用效果不一样。一般白光LED由于发出的光分布在整个发光表面的范围内，相互之间的间距较大，因此投射在发光表面的效果是能比较明显地看出点状分布的发光光源。并且由于白光LED光源本身光强分布中存在强弱，加上封装中经常存在光斑不均匀现象，整个发光表面势必存在明暗之分，同时配光时采用的是一一对应的方式，因此在有一个或一串白光LED失效的情况下会出现暗斑，从而影响整个信号灯的光效和图形。而大功率白光LED由于相对比较集中，在配光时也近似地当作集中光源进行处理，因此上述缺陷均能避免。

⑩ 使用寿命不一样。由于功率白光LED具有以下特点，因此可以延长使用寿命。

·管数少，支路少，因此容易使用支路恒流的电源，保证各只白光LED有着相同的供电环境，即使其中个别失效，也不会影响到其他白光LED的供电电流。

·散热效果好，节点温度相对就会降低，因此寿命就会延长。

·允许工作电流较大，是一般白光LED的十几倍，因此电流控制波动几个毫安，对大功率白光LED根本不会造成影响。所以，它对电源精确控制的依赖性较小，也有利于延长使用寿命。