<del id="9dbbd"></del>

      <noframes id="9dbbd"><track id="9dbbd"><strike id="9dbbd"><ol id="9dbbd"></ol></strike></track>

      <address id="9dbbd"></address><noframes id="9dbbd"><pre id="9dbbd"><ruby id="9dbbd"></ruby></pre>

      <track id="9dbbd"><strike id="9dbbd"><ol id="9dbbd"></ol></strike></track>

      <noframes id="9dbbd">

      <track id="9dbbd"></track><track id="9dbbd"></track>
      <pre id="9dbbd"><strike id="9dbbd"></strike></pre>

        <track id="9dbbd"><strike id="9dbbd"><strike id="9dbbd"></strike></strike></track>

        協調 · 交流 · 資訊 · 服務

        Coordination, Communication, Information and Service
        文章
        當前位置:首頁 > 學術交流 > 學術文章 > LED燈絲燈的研發進展與技術評價

        LED燈絲燈的研發進展與技術評價

        來源:浙江省照明學會 發布時間:2016-04-01瀏覽:362
        論述了LED燈絲燈被引入我國的四年來在驅動器、基板材料、散熱結構以及封裝技術方面取得的主要成就。在對目前已有散熱技術進行評價的同時也介紹了一種利用泡殼進行散熱的新思路。分析了阻容降壓、非隔離線性恒流及IC降壓恒流這三種形式非隔離電源對燈性能的影響。
        喬更新  李金林  王日升
        浙江金陵光源電器有限公司

        摘要:論述了LED燈絲燈被引入我國的四年來在驅動器、基板材料、散熱結構以及封裝技術方面取得的主要成就。在對目前已有散熱技術進行評價的同時也介紹了一種利用泡殼進行散熱的新思路。分析了阻容降壓、非隔離線性恒流及IC降壓恒流這三種形式非隔離電源對燈性能的影響。闡述了有引線和無引線覆晶技術對未來制燈工藝產生的影響。

        關鍵詞:LED燈絲燈  非隔離電源  覆晶技術
         
        引言

        基于人們對使用了130多年的白熾燈固有的懷舊情結,這種外觀酷似白熾燈的LED燈絲燈很快被人們所接受。這種燈自2012年引入我國以來,吸引了大量的傳統照明企業紛紛轉型,繼而成為開發的熱點。它的燈條被封入玻璃泡殼內,經真空處理后充入高遷移率、高導熱率的惰性氣體(氦氣)。其不涂光擴散涂料的燈泡的光效可以達到130lm/W以上,顯指都達到了80以上,國內目前生產LED燈絲燈的相關企業已接近800家。據權威機構調查顯示,2015年全球LED燈絲燈需求總量超過1億只,并且每年將以35%以上的速度迅速遞增。一旦2016年10月1日起所有15瓦以上的白熾燈停止生產和銷售,市場對LED燈絲燈的需求還將進一步增加,雖然在如此火熱的背后,技術和市場兩大憂患依然存在,但與此同時,燈絲燈在成本控制及性能和安全等方面的研究也取得了一些突破性的進展,這些技術進展將對未來的燈絲燈市場產生深遠的影響。

        1. 驅動技術

        就LED電源結構而言,隔離型電源能輕易地滿足任何安規要求,兼容性更好,但電路相對來說較為復雜、成本較高,由于變壓器的體積相對比較大,又與減小體積的發展趨勢形成了不可調和的矛盾,這樣,就在很大程度上限制了它的應用。實際上,以效率和成本優先的原則,非隔離電源其實也是一個無奈的市場選擇。非隔離電源是目前驅動電源的主流設計,主要有阻容降壓型、線性恒流型和IC降壓恒流型等三種主要形式[1]。

        1.1 阻容降壓電源

        早期的LED燈絲燈多采用阻容降壓電路驅動,采用這種電路的元件較少,成本也最較低。阻容降壓式電源的功率因素差、光源利用率較低,整個負載顯容性。也有人認為從整個供電網絡和用電器的狀況來分析,容性負載對電網是有好處的。因為我們很多用電器都是感性負載的,比如含有電機、變壓器的電器,現在供電系統都會采用附加電容的方式來補償。如果有部分用電器是容性負載,實際就可以起到補償作用。從安全的角度看,這種設計對于外界的浪涌電壓沖擊不能進行過壓保護,也就無法保護LED芯片及電容器的安全,且在電網電壓波動時不能恒流輸出,輸出紋波較大而導致LED燈出現頻閃的現象。由于經銷商及消費者對這種新產品尚未有正確的認識和鑒別能力,這種電源設計卻在目前的市場上占有相當大的比例,可能在未來的一到兩之年內還是有一定的市場的,但是,由于上述不穩定和不安全因素,最終將逃不過被淘汰的命運。
         
        1.2 非隔離恒流電源

        非隔離恒流電源主要有線性恒流型和IC降壓恒流型兩種。線性恒流驅動電源由于它的應用電路十分簡潔,沒有電感器、變壓器,更適合于節省人工的工業自動化生產。線性恒流型光源利用率較高,在輸入電壓波動不大的環境中使用效果較理想,但在波動幅度較大的電壓環境下使用顯得效果較差;IC降壓恒流型電源輸出的電壓比輸入電壓低,工作電流能在較寬的輸入電壓環境下保持穩定,對燈電流的穩定控制最為直接,穩定效果最好,成本低,效率高,電路簡單,可以獲得性價比較高的光通輸出。隨著制燈工藝成本及材料成本的進一步降低,在可以預見的一到兩年內這兩種電源都應該是發展的方向。

        LED燈絲燈自誕生之日起就要求驅動電源能安裝在E27、E14 的燈頭內,要求電源做到小體積、小尺寸,感觀無頻閃,部分國家和地區還要求過 CE、UL認證,有的還要求LED燈泡做到無塑件,要求寬電壓寬頻輸入,如巴西 AC110V/220V(60Hz)、加拿大和美國 AC120V/240V(60Hz)、日本AC100V/200V(50Hz)、越南AC120V/220V(50Hz)、墨西哥AC127V/220V(60Hz)等等。對于輸出DC150V的LED燈絲燈電源而言,它的開關恒流驅動電源如果既要適用于AC100V- 127V電網電壓,又要適用AC200V-240V的電網電壓,那么采用自動升降壓的開關恒流電源是最合適的了。對于A60的4W或功率更大的燈絲燈來說,采用自動升降壓的電源方案是一種明智的選擇。

        隨著燈絲燈市場認可度的提升,一些歐美地區已經開始要求能通過EMC的,作者已經發現在市場上有應用貼片工字感和貼片電容來進一步縮小體積驅動器體積的產品,以適應在有限的空間裝配更多的元件。

        2. 散熱技術
        2.1 氣體散熱的局限


        LED燈珠接通電流發光時,約30%的電能轉換成光能,約70%的電能轉換成熱能,因此LED燈珠發光的同時也會產生瞬間高溫,如不能將其高溫及時導出,將導致LED燈珠迅速老化、光效下降,這一點從燃點測試的流明——時間曲線上可以清楚地看到。采用高電壓低電流形式的工作方式(HVLEDs)是很智慧的設計,燈絲燈的芯片在HVLEDs的工作狀態下電流也從150~700mA降到了10~20mA。燈工作時所產生的熱量也會適當地減少,這是LED燈絲燈得以在我國成功實現的重要技術成就。

        玻璃泡LED燈絲燈的LED燈絲是在藍寶石、透明陶瓷、透明玻璃,或鏤空銅板的基板上綁定LED燈珠,將單顆藍色LED燈珠串聯成HVLEDs的工作狀態應用。由于以上絕緣材料的導熱性較差,燈絲產生的熱量完全依賴充入其中的氦氣快速將熱量傳遞給玻璃泡散熱,如A60的玻璃泡LED燈絲燈,剛好適用于6W以下的功率,四根1W燈絲的熱量剛剛好能快速傳遞散發。這種燈的散熱效率非線性正比于玻璃泡殼的面積,這也就從設計上決定了A60泡的應用目前只能被限制在6W以下。6W以上的燈絲燈泡在目前技術水平下就一定要增加燈泡直徑,如要增加功率必須擴大它內部的散熱空間,就要采用如A80、A100等具有更大空間的玻璃泡,然而,龐大的燈泡體積在市場上被接受的程度很低。

        2.2 泡殼散熱的新思路

        一種帶散熱器、非密封、非惰性氣體——泡殼散熱式的設計很值得關注[2]。它以涂覆有絕緣層的長條形鋁片為燈基條,彎曲成U形,由一個或數個交叉形式固定在板形散熱器上,發光面朝外。燈工作時的熱量從燈條傳到圓形散熱板上,而后再傳到外殼(導熱塑料或陶瓷)上而被散發出去。這種燈省去了芯柱與玻璃泡殼的熔封和熔封后的真空處理,使得制造工藝大為簡化,加之省去了價格昂貴的氦氣,又減少了不菲的成本。帶散熱器的新一代燈絲燈,采用鋁基LED燈絲有很好的快速導熱特性,通過固定燈絲的圓形導熱板可將熱量傳遞給高導熱塑料散熱器,圖1(a)就是一種帶自動呼吸功能的高導熱塑料散熱器,它四周的開孔槽,在燈泡發光、發熱時能促進周圍空氣流動,形成自動呼吸空氣流,快速擴散熱量。圖1(b)是帶散熱器的燈絲燈。


         
        帶自動呼吸功能的高導熱散熱器和高透光率、不易碎的PC罩,都是可以大規模、自動化吹塑、注塑生產,可有效降低生產成本。同時,可以滿足LED燈絲燈進入歐美日本市場的安全要求。

        3. 燈絲基板材料的突破

        從LED燈絲燈的成本結構觀察,LED 芯片及透明封裝基板占其成本比重就高達了50%。2015年,LED芯片及透明封裝基板市場價格又有了較大幅度的下降,帶動了整體成本的降低。其標志性的成就是浙江英洛華電子研發了一種以納米半透明陶瓷材料為基板的燈絲,應該是制作燈絲燈工藝在成本控制方面的重要突破。這種燈絲兼有藍寶石和透明陶瓷的性能,具有良好的透光性和特有的熱輻射系數,采用無激光分割的成型模式,免除了二次切割加工的成本,同時也彌補了藍寶石、玻璃、金屬等材料性能方面的某些缺陷,能在保證穩定的可靠性能的同時,大幅度地降低了生產成本,為進一步穩定燈絲燈市場起到了很大的推動作用。

        4. 覆晶封裝技術

        目前市場上LED燈絲主要采用的封裝形式是正裝。正裝芯片封裝采用銀膠將芯片固定在基板上,通過引線實現電氣連接。正裝封裝雖然有芯片制備和封裝工藝成熟等一系列優點,但由于銀膠中有機成分與基板之無機成分在熱膨脹系數方面存在很大差異,在冷熱交替的情況下,因各種封裝材料的熱失配,易導致引線斷裂或芯片從基板剝落而引起LED失效。燈在LED長時間通電工作過程中粘接力也會逐漸變差,封裝材料很容易在高溫下被熔解,長時間的熱積累將影響芯片和熒光粉可靠性,導致LED燈絲燈的光衰現象嚴重。除了價格居高不下之外,目前在工藝技術和產品質量方面最為令人不滿意的就是燈絲燈的壽命與光衰問題了。為此,目前已有企業嘗試用覆晶倒裝的結構來封裝燈絲燈。

        覆晶封裝所用LED倒裝芯片的電氣面朝下,光從藍寶石襯底取出,不必從電流擴散層取出,這樣就可以將不透光的電流擴散層加厚,減少熱量的產生,既而又可以增加電流密度。覆晶封裝又有帶引線覆晶封裝和無引線覆晶封裝兩種。

        有引線覆晶封裝是通過導熱粘結膠將LED倒裝芯片固定在基板上,再利用金線進行電氣連接。覆晶封裝的關鍵技術是倒裝芯片的制造。倒裝芯片是通過植金球的方式將LED正裝芯片倒裝在硅襯底基板上,并在硅襯底上制備電極,形成倒裝芯片。有引線覆晶封裝的兩大優點是:第一,藍寶石襯底向上,消除了電極、焊點和引線等部件對光的遮擋與吸收,使得出光效率提升;第二,傳熱效果較好,易傳導。但是,有引線覆晶封裝的缺點也有兩個方面:第一,熱傳導途徑是從金屬焊點→硅基板→導熱粘結膠→支架熱沉,還是顯得導熱途徑過長;第二,還是利用了有引線連接,大電流承受能力有限,還存在引線虛焊引起的可靠性問題。不過,對于高電壓低電流的燈絲燈來說第二個問題并不顯得特別重要。

        無引線覆晶封裝是通過共晶/回流焊接技術將電極接觸面鍍層上的錫(Sn)或金(Au)-錫等合金的電極芯片直接焊接于鍍有金或銀的基板上,既可固定芯片,又可電氣連接和熱傳導。無引線覆晶封裝結構如圖2所示。

        圖2  無引線覆晶封裝示意圖
         
        無引線覆晶封裝技術除了具備有引線覆晶封裝之出光效率高等一系列優點外,還因為消除了引線阻礙,可實現平面涂覆熒光粉及超薄封裝。由于電氣連接為面接觸,可耐大電流沖擊。無引線的熱傳導途徑為金錫焊點→氮化鋁陶瓷/金屬基板,所用導熱界面為金屬,其導熱系數更高,熱阻更小,完全擺脫了引線和粘結膠的束縛,表現出優異的力學、熱學、光學和電學性能。覆晶封裝可大幅精簡LED制程,讓生產成本大幅度的下降,選用倒裝制作LED燈絲,其散熱和穩定性會更好,可以較好地解決正裝結構可能出現的燈絲散熱不良、塌線、死燈等問題。

        隨著外延、芯片制備技術發展及IC芯片級微封裝技術在LED中的應用,基于覆晶的無引線封裝技術將成為未來燈絲燈市場的強有力的推進劑。

        5. 結束語

        目前的燈絲燈的銷售市場大都在歐美地區,國內和其它地區的市場還基本上是一片空白。隨著技術的不斷創新,工藝的不斷進步,制造水平的自動化程度提高,燈絲燈的制造成本在未來的兩三年內都還會有大幅度的降低,當制造成本降到1美元以下時,將會進一步刺激國內和其它地區的市場,雖然燈絲燈在可以預見的將來不會取代LED球泡燈,但在裝飾照明市場將會填補“禁白”后留下的大部分空間。
         
        參考文獻
        [1]黃曉明,魏青,喬更新。LED的照明評述及熒光燈退出照明市場的時間表[J]中國照明電器,2016(2)
        [2]顏重光等。 帶散熱器的新一代燈絲燈設計方案[C],中國LED照明論壇,2015.上海

        編輯精選

        隧道LED燈的應用需求分析
        —— 2016/04/01 15:24:00

        分析隧道用LED燈的應用需求和存在問題,希望生產廠家、設計人員、用戶單位、管養單位甚至管理部門有所思考和行動,促進LED產業的健康發展。

        無縫微透鏡陣列LED勻光膜研究
        —— 2016/04/01 15:24:00

        本文研究不同孔徑無縫微透鏡陣列膜LED光線擴散的影響,分析了不同厚度和直徑的三角形、四邊形和六邊形微透鏡陣列膜的擴散效果。設計了一種復合曲面微透鏡陣列,利用光線追跡方法對其進行模擬,分析微透鏡陣列對LED光源發出光線擴散性能的影響。

        智慧路燈信息化網絡及信息安全系統設計
        —— 2016/04/01 15:24:00

        城市智慧路燈桿信息化應用系統充分利用有線和無線的一切可能獲得的通信網絡資源實現燈桿感知器與上層應用的通信,從網絡安全、信息安全和服務安全的角度出發,建設智慧城市運營管理中心,打造智慧城市信息與服務云平臺、智慧城市網絡運維中心和智慧城市信息服務中心。

        LED燈絲燈的研發進展與技術評價
        —— 2016/04/01 15:24:00

        論述了LED燈絲燈被引入我國的四年來在驅動器、基板材料、散熱結構以及封裝技術方面取得的主要成就。在對目前已有散熱技術進行評價的同時也介紹了一種利用泡殼進行散熱的新思路。分析了阻容降壓、非隔離線性恒流及IC降壓恒流這三種形式非隔離電源對燈性能的影響。

        熒光燈紫外輻射的實驗研究
        —— 2016/04/01 15:24:00

        本文基于輻射度學基礎, 深入探討熒光燈紫外輻射特性, 并以大量的實驗數據論述熒光燈紫外輻射對人眼、皮膚可能造成的危害。

        在线欧美精品一区二区三区