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【技术百科】金鉴丨如何采购亮度又高,发热量又低的LED芯片?
发布时间: 2019-4-24 19:29:02

LED灯具无非解决两个问题,一个是光,另外一个是热,你看那庞大的研发部门无非就是研究怎样提高LED的亮度和均匀度,并降低散热成本。因此了解LED芯片的光热分布情况对提高LED灯具质量性能至关重要!


然而由于缺乏相应的检测经验和设备,无论是芯片厂还是封装灯具厂,都未对芯片光热分布性能做相关的检测,导致市场上出现大量光热分布不均的芯片,而这些产品有相当大的亮度提高和发热量降低等性能提高的潜力。那如何采购亮度又高,热量又低的LED芯片呢?金鉴给出以下几个建议:


1. LED芯片光热分布一定要均匀,不存在微观区域过暗过热的现象。


用金鉴显微光热分布系统观察到芯片微观区域过暗过热,很有可能此处电流拥挤,电能过多转化为热能而不是光能,量子效率低,表明此芯片的设计还存在改进的空间。


2. 用金鉴显微光热分布系统比较在灯具使用温度下芯片的亮度值和热度值。


LED光源的光热性能受温度的影响较大,温度升高,芯片亮度降低发热量增加,因此脱离实际工作温度所测试的结果准确性较差,甚至毫无意义。


3. 建议芯片厂LED规格书里添加不同使用温度下的光热分布数据!


从源头上管控质量,做好光热分布来料检验,可以使LED最亮,温度最低,而成本最低,质量更可靠。


为什么来料LED芯片一定要做金鉴光热分布测试?


1. 目前市场上使用最多的水平结构芯片,欧姆接触电极在芯片的同一侧,电流不可避免的要横向传输,电流密度会随着电极距离的远近而发生变化,即正负电极靠近的地方,电流密度会较大,使得电流密度不均匀已成为水平结构LED固有的技术瓶颈。


2. 许多与LED芯片制造相关的关键技术问题尚未完全解决,特别是大功率LED芯片的设计、制造工艺中材料的选择以及工艺参数等问题,使得电流密度均匀性存在较大的可优化空间,各家芯片(无论是水平结构还是垂直结构)在电流密度均匀性方面会存在较大的差异。


3. 芯片内部产生电流聚集效应,会导致LED芯片电注入效率下降、发光不均匀、局部热量集中等不良现象,从而影响LED芯片的性能及可靠性。


通过金鉴光热分布测试,能清晰观察到芯片电流密度均匀性问题,更加全面的评估芯片质量,有效辨别各家芯片质量好坏。

 


案例分析(一)

不同家小尺寸芯片电流密度均匀性差异大


以下为不同厂家11mil*30mil尺寸大小芯片光热分布的对比。


对于该小尺寸芯片,电流在芯片中横向扩展的路径较短,理论上电流聚集效应较轻微。但是,不同厂家的工艺技术存在差别,芯片电流密度均匀性仍存在较大差异,甚至出现不同厂家芯片高低温度相差数十度!从以下三家同尺寸芯片的光热分布对比中可以看出:


1. 芯片A发光最强,发热量最小,光热分布最均匀,说明该芯片电流密度均匀性好,量子效率高,应用在高端LED中,该款芯片是首选。


2. 芯片B和芯片C均为正极区域发光发热弱,负极区域发光发热强,推断该两款芯片为电流扩展不良导致的光热分布不均。该两款芯片量子效率低,存在局部高温现象,性能和可靠性都不如芯片A。


3. 不同厂家芯片微观区域高低温度可以相差数十度!


通过对来料芯片进行光热分布检验,可以清楚判断芯片电流密度是否均匀,是否存在局部过热,亮度和温度孰高孰低,产品性能和可靠性孰优孰劣,从而对芯片进行全面的评估,帮助客户选择最合适的芯片提供有力的数据支撑。

 

 

以下为两个厂家22mil*35mil尺寸大小芯片光热分布的对比。


对于该尺寸大功率正装芯片,电流在芯片中横向扩展的路径较长,导致电流聚集效应更加明显,因此必须具备合理的电极图形设计以及较好的欧姆接触特性,才能使注入电流在LED芯片的有源层中均匀分布。


目前许多与大功率LED芯片制造相关的关键技术问题还有待解决,各芯片厂家对于问题的解决能力有高有低,使得不同家芯片的性能存在巨大差异!从以下两家同尺寸芯片的光热分布对比中可以看出:


1. 对比11*30mil芯片,该大尺寸大功率芯片电流密度均匀性相对较差,这也是目前大功率水平结构LED芯片发展的技术瓶颈之一。


2. 金鉴通过大量测试发现,不同款的芯片,正负电极热度不同,有的芯片是正电极更热,有的芯片是负电极更热,如下图该两款芯片。电极过热会导致电极金属出现熔融,欧姆接触特性变差,降低芯片性能和可靠性。关于电极热度,大家关注的并不多,也许芯片厂也没做过那么细的研究。


3. 本案例芯片A出现比较奇怪的现象:负电极更热,但发光不强,而正极区域更亮,但温度又不高。这表明此款芯片负电极附近量子效率低,电能在该处过多的转化为了热能,负电极欧姆接触可靠性弱。


目前大家大多关注的是LED芯片的整体性能,如亮度、结温、电压,对于芯片光热分布、电流密度分布等方面关注过少,而失效往往是从局部薄弱处开始的,强烈建议LED芯片规格书里添加不同使用温度下的光热分布数据!做好光热分布来料检验,可以使LED最亮,温度最低,而成本最低,质量更可靠。

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

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