可靠性與熱管理技術(shù)一直是制約LED照明高品質(zhì)的重要因素，如今對于可靠性的關(guān)注點已經(jīng)從LED單個產(chǎn)品向整個系統(tǒng)可靠性的方向發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈的各科研院所、企業(yè)等正在積極從不同角度，如外延、芯片、封裝器件、熒光粉等層面在進行探索，為進一步降低器件、電源的溫度，提高產(chǎn)品可靠性而努力。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)內(nèi)通過實驗新型散熱材料、熱管理技術(shù)、完善LED照明系統(tǒng)可靠性研究及設(shè)計、分析故障與失效數(shù)據(jù)、壽命加速老化測試方法、失效模式與仿真模擬等方法影響整個系統(tǒng)的可靠性。
熱管理與可靠性分會現(xiàn)場
在第十一屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇(SSLCHINA2014) 于11月6日下午舉行的P203可靠性與熱管理技術(shù)分會上，來自奧迪汽車之鄉(xiāng)的英戈爾施塔特技術(shù)學(xué)院Gordon Elger教授分享了他在汽車前大燈照明使用LED的研究進展。
Gordon Elger坦言，LED應(yīng)用于汽車照明確實面臨幾項挑戰(zhàn)。首先，汽車照明由于其工作環(huán)境較特殊，不能經(jīng)常隨意更換，因此需要汽車照明的壽命長達5000~10000小時。此外，汽車照明的工作環(huán)境較室內(nèi)，或一般室外照明來說可能更為苛刻，環(huán)境溫度隨時變化，例如當(dāng)汽車在前進過程中環(huán)境溫度可能低至-4℃，但與此同時，由于車燈位置距離汽車引擎很近，汽車引擎可以視為一個熱源，其輻射到車燈的溫度可能高達120℃。由于汽車會受到太陽照射，太陽的溫度也會使車燈的環(huán)境溫度變化巨大。此外，在不同環(huán)境溫度下，或是不同的光強下，車燈所需要的配電也有所不同。除了要適應(yīng)變化的溫度外，為了保證汽車的安全行駛，車燈不能有弱光或者不亮等情況出現(xiàn)。以上種種嚴(yán)苛條件都說明，汽車照明的工作環(huán)境使得其需要更好的可靠性及更長的壽命。
然而，LED應(yīng)用于汽車照明的時日還不長，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程來看，LED路燈的興起才是推動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要契機，那么，LED路燈的熱管理有發(fā)展到何種進程?
深圳珈偉光伏照明有限公司總裁辦特助劉忠祺在《輕量與高效能之大功率LED路燈光熱模塊設(shè)計與驗證》的演講中，闡釋了LED路燈除了光效等常見問題之外的另一個重要議題，如何使用更輕便、散熱性能更好的材料及器件來加速提高LED路燈的滲透率。
劉忠祺表示，LED路燈模塊化設(shè)計，一直受限于諸多條件，如散熱器材料、散熱技術(shù)、熱對流等。傳統(tǒng)LED路燈模塊所采用的散熱方法，多為壓鑄鋁與鋁型材兩種方法。但LED路燈的重量卻比傳統(tǒng)路燈重得多，例如一個120W的LED燈頭重量約在12~15 kg，而傳統(tǒng)的高壓鈉燈燈頭僅為6 kg。以目前LED光源替代500W高壓鈉燈，LED路燈需要到250W容量。
深圳珈偉光伏照明有限公司總裁辦特助 劉忠祺
因此，輕量化高效能LED路燈散熱器方案，成為發(fā)展LED路燈重要課題，其中以熱管配合散熱鰭片之組合因為重量輕與散熱效果好，供應(yīng)鏈完整，整體價格合理。
為實現(xiàn)這種輕量LED路燈的設(shè)計，劉忠祺及其團隊嘗試使用計算機(PC)設(shè)備中器件Heat Pipe。Heat Pipe具備了導(dǎo)熱性極佳、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單的特點，此外，由于PC中已經(jīng)廣泛使用這種配件，使得Heat Pipe的量產(chǎn)已達到很高的穩(wěn)定性，同時成本也降到低于10元(人民幣)。同時，Heat Pipe的工作溫度范圍很大，在-40℃~80℃的環(huán)境下性能都很穩(wěn)定。
除了燈具層面的熱管理創(chuàng)新外，深入到更為微觀的層面，如外延、芯片及封裝領(lǐng)域，也是眾多業(yè)內(nèi)專家努力的方向。
來自易美芯光(北京)科技有限公司的袁友行闡述了引腳封裝LED中光衰減幾種失效性模型，如硫化導(dǎo)致的銀變暗，鹵素(Br、Cl)導(dǎo)致的黃化，不相容的揮發(fā)性有機化合物導(dǎo)致的LED芯片變暗(VOCs)，以及塑料外殼材料的黃化等常見問題。
易美芯光(北京)科技有限公司 袁友行
此外，來自臺灣大葉大學(xué)教授武東星、飛利浦照明高級研發(fā)經(jīng)理李寶昌、代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)材料創(chuàng)新研究所的Maryam Yazdan Mehr、香港科技大學(xué)陶勉、德國達姆施塔特工業(yè)大學(xué)Hristo Ganev及其合作伙伴Max Wagner等專家，也都在熒光粉材料、襯底、外延、芯片、封裝及燈具等各個層面進行了關(guān)于熱管理創(chuàng)新的闡述。
