一、技術(shù)背景

　　就目前情況來看，市場上LED單管功率通常在1-5W左右，光輸出僅幾百流明。要使LED真正大規(guī)模應(yīng)用于道路照明等公眾場所，LED光源的光通量必須達(dá)到幾千甚至上萬流明，如此高的光輸出量是無法通過單顆芯片來實現(xiàn)的。為滿足如此高的光輸出要求，目前國內(nèi)外大多采用多顆LED（通常為1W）的光源組合在一個燈具中來滿足高亮度照明的要求，這種方式在一定程度上解決了單顆光源亮度不足的問題。但是，這種工藝存在以下問題：

　　1、燈具制作過程繁瑣，生產(chǎn)效率低、可靠性不高；

　　2、燈具的設(shè)計受單管LED排列數(shù)量和排布方式的限制，生產(chǎn)的燈具在外形美觀和保證性能方面難以兼顧；

　　3、燈具的二次配光設(shè)計復(fù)雜，難以滿足各類不同照明設(shè)計的要求，而且會造成燈具光效降低；

　　4、數(shù)百顆單管LED的連接同一燈具中，必須要求各單管的光電性能參數(shù)一致，否則會大大降低的燈具的光電性能和使用性能。

　　5、在使用過程中容易出現(xiàn)因局部故障導(dǎo)致的盲點，產(chǎn)生暗斑，增加維護(hù)成本。

　　為解決上述技術(shù)難題，我公司提出了“多芯片封裝大功率LED 照明應(yīng)用技術(shù)”這一課題。

　　二、主要開展的研究試驗及成果

　　整個項目實施過程中，主要從熱學(xué)、光學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料及工藝等幾個方面展開研究和試驗工作，項目共設(shè)計開發(fā)出1-100W大功率LED光源及LED路燈、隧道燈、巷道燈、泛光燈、工礦燈、室內(nèi)照明燈六個系列的應(yīng)用產(chǎn)品，申報了12項國家專利其中發(fā)明專利3項。

　　1、散熱問題的解決是該項研究課題解決的最為核心、最為關(guān)鍵和最基礎(chǔ)的工作。半導(dǎo)體器件PN結(jié)在常溫狀態(tài)工作時，理論壽命可以達(dá)到100,000小時以上。但是，由于目前LED芯片發(fā)展所處的技術(shù)階段，只能使輸入的30%左右的電能轉(zhuǎn)化光能，70%的電能仍然是以熱的方式存在于芯片上。而熱對半導(dǎo)體器件的損害是非常嚴(yán)重的，PN結(jié)結(jié)溫每升高10度，半導(dǎo)體器件的壽命就減少1倍。因此，如何將PN結(jié)產(chǎn)生的熱量及時傳導(dǎo)出去，使得PN結(jié)結(jié)溫保持在一個較低的水平是保證光源穩(wěn)定可靠工作的前提。

　　在解決散熱問題過程中，我們采用的指導(dǎo)思想是整體式的、系統(tǒng)性的散熱解決方法：首先建立從芯片到外界環(huán)境的散熱模型；分析模型中影響傳熱的薄弱環(huán)節(jié)，針對這些環(huán)節(jié)提出需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和解決方案，優(yōu)化模型，完成整個方案設(shè)計。模型設(shè)計完成后，通過試驗驗證模型的正確性，之后針對已發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行針對性的技術(shù)攻關(guān)。具體的攻關(guān)項目包括：高性能導(dǎo)熱材料的研制、光源支架的設(shè)計、新工藝的探索和完善。經(jīng)過大量的試驗和探索，成功地解決了制約大功率半導(dǎo)體照明發(fā)展的散熱問題，取得以下成果：

　　（1）設(shè)計開發(fā)了多款光源支架，有兩款光源支架申報了國家專利，并獲授權(quán)，授權(quán)專利號為ZL2006 3 0125051.3 ，ZL2006 3 0125053.2。成功封裝出LED光源功率可達(dá)100W,50WLED光源的光效可達(dá)100lm/W。

　　（2）上述光源導(dǎo)熱出光性能完善的基礎(chǔ)上，采用整體式的、系統(tǒng)性的散熱設(shè)計理念，進(jìn)行燈具散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計。研究出了導(dǎo)熱絕緣的界面填充材料，減小LED支架與燈具散熱體之間的熱阻；很好的解決了燈具的散熱問題，并建立LED和燈具老化測試系統(tǒng),考慮可能影響燈具可靠性的相關(guān)因素進(jìn)行研究和試驗，尋找出了影響燈具可靠性和壽命的機理。經(jīng)過22, 633hrs壽命測試顯示，50W大功率LED路燈光衰4.53% 圖2為50WLED路燈光衰曲線圖。

圖2 50WLED路燈光衰曲線圖

　　（3）完成光源設(shè)計、燈具散熱設(shè)計后，根據(jù)光源的特點及所需場所對燈具配光的要求，采用目前世界流行的配光設(shè)計思路，利用先進(jìn)光學(xué)設(shè)計模擬軟件，設(shè)計出所需配光器的結(jié)構(gòu)，同時模擬出光狀況，進(jìn)而反復(fù)修正配光結(jié)構(gòu)，獲得所需的光學(xué)結(jié)構(gòu)。開發(fā)出適合該封裝方式光源的配光器，在完全滿足道路、隧道、遠(yuǎn)距離等復(fù)雜照明場所對光源配光曲線的要求的基礎(chǔ)上，更加合理、充分的利用了光源發(fā)出的光線，使得燈具的整燈出光效率大大提升。整體燈具的出光效率可達(dá)71.96lm/W,圖3為大功率LED路燈配光曲線。