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          如何讓半導(dǎo)體在照明領(lǐng)域發(fā)揮更大作用

          作者: 時(shí)間:2012-05-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          工作壽命:指LED產(chǎn)品的有效工作時(shí)間,不同于一般的壽命。

          中位壽命:有50%的燈具(光源)其光通量下降至某一定值(如初始值的70%)的時(shí)間定為中位壽命L70/B50,部分燈具的標(biāo)準(zhǔn)是采用中位壽命表述。

          光通維持壽命:指發(fā)光器件(LED)或燈具(光源)的光通量下降至某一定值的時(shí)間,稱為光通維持壽命(此時(shí)不考慮色參數(shù)的變化)。

          IEC及能源之星的表述:

          IEC組織提出用維持率來說明失效率、壽命、預(yù)期壽命等。

          EPA(美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局)公布:能源之星燈具V1.0技術(shù)規(guī)范“技術(shù)中立”,規(guī)定匹配燈具壽命為1萬小時(shí)即額定光通維持率壽命,集成LED燈具要求1.5萬~2.5萬小時(shí)。

          能源之星標(biāo)準(zhǔn)提出LED光源(燈具)在加額定電流6000小時(shí)后,測(cè)量產(chǎn)品的光通維持率,并推算產(chǎn)品的工作壽命(指有效的工作時(shí)間)同時(shí)要求在全壽命期內(nèi)色空間均勻度在CIE1976u′v′圖中0.006以內(nèi)。這個(gè)辦法得到行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同,但具體操作很難,因?yàn)樾枰?50天以上的試驗(yàn)時(shí)間,在企業(yè)中很難執(zhí)行。

          3.提高可靠性

          提高LED可靠性是行內(nèi)共同努力的目標(biāo)。有關(guān)影響LED產(chǎn)品可靠性的各種因素,如芯片制造、封裝、熱阻、散熱等,以前做了較詳細(xì)描述[6],在此希望企業(yè)對(duì)LED產(chǎn)品在執(zhí)行全面質(zhì)量控制的基礎(chǔ)上,再作如下兩點(diǎn)要求:

          (1)減少失效率

          目前在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品失效,有的甚至很嚴(yán)重。希望相關(guān)單位能通過各種試驗(yàn),找出失效的原因,并采取有效的工藝篩選辦法,剔除早期失效和偶然失效的不良產(chǎn)品,在使用中盡可能減少失效率。

          (2)延長(zhǎng)耗損失效時(shí)間

          希望相關(guān)企業(yè)對(duì)典型的LED產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間老化試驗(yàn)(或加速老化試驗(yàn)),通過分析找出產(chǎn)品耗損失效的原因,并在工藝、選材等各方面加以改進(jìn),延長(zhǎng)耗損的時(shí)間,這也是提高LED壽命的有效辦法。

          四、降低成本

          目前LED各種產(chǎn)品還沒有大規(guī)模生產(chǎn)推廣應(yīng)用,主要問題是價(jià)格過高,LED產(chǎn)品不能長(zhǎng)期靠補(bǔ)貼來發(fā)展,要不斷努力降低成本。全球相關(guān)部門單位都在關(guān)注降低LED產(chǎn)品成本,比如美國(guó)SSL計(jì)劃2015年LED光源(燈具)成本要達(dá)2美元/klm。我國(guó)也提出2015年LED光源(燈具)成本要在15元/klm之內(nèi)。臺(tái)灣地區(qū)也提出在2014年之前可實(shí)現(xiàn)2美元/klm目標(biāo)。要降低成本,除了大批量生產(chǎn)外,主要從技術(shù)上采取措施降低成本的方法、途徑。

          降低成本要從LED產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)上著手,共同努力,首先分析LED產(chǎn)品的成本結(jié)構(gòu)大約是4:4:2,即光源占40%、驅(qū)動(dòng)和散熱占40%、其他占20%,主要環(huán)節(jié)是外延芯片、封裝、驅(qū)動(dòng)、散熱等方面成本有較大的下降空間,要從技術(shù)上采取有效措施,從根本上解決LED產(chǎn)品的成本問題。

          1.外延芯片環(huán)節(jié)降低成本的方法探討

          目前LED產(chǎn)品的芯片占成本的40%左右,降低芯片的成本是最重要的任務(wù)。

          世界主要外延生產(chǎn)廠家Veeco提出,對(duì)現(xiàn)有MOCVD的設(shè)備、工藝、架構(gòu)改進(jìn),提高量產(chǎn)效率,至2014年外延片價(jià)格達(dá)0.2美元/cm2。(2009年1美元/cm2)

          采用4″及6″的MOCVD設(shè)備以及配套的芯片制造設(shè)備,使外延、芯片產(chǎn)能的效率大幅度提高,從而降低外延芯片的成本。

          目前全世界很多有實(shí)力的公司正在研發(fā)在8″硅片上直接生長(zhǎng)GaN,并取得可喜成果。最近歐司朗發(fā)布在6″硅片上生長(zhǎng)GaN芯片,面積1mm2,在350mA下,色溫4500K時(shí),光效可達(dá)127lm/W,需2年后投放市場(chǎng)。估計(jì)采取該方法生產(chǎn)可降低芯片成本50%。

          開發(fā)同質(zhì)廣義外延,采用HVPE液相外延生長(zhǎng)GaN襯底。在此生長(zhǎng)GaNLED產(chǎn)品,既能提高LED性能,又能大幅度降低外延芯片成本,采用該方法生產(chǎn),可大幅度縮短外延生長(zhǎng)時(shí)間,同時(shí)可以大量節(jié)省MO源,據(jù)估算可降低芯片成本50%。

          LED器件采用大電流密度下工作,如面積為1mm2芯片,一般工作電流是350mA,國(guó)外幾家大公司均已開發(fā)可提供工作電流在1~2A下工作的功率LED器件,這樣用一只芯片可獲光通量達(dá)400~500lm,當(dāng)然會(huì)損失部分光效,他們已經(jīng)較好地解決了Droop現(xiàn)象,在獲得同樣光通量下,可較大降低芯片成本。

          2.封裝環(huán)節(jié)降低成本的方法探討

          所用的光源將采用COB及模塊封裝形式,這樣將極大地降低LED光源封裝成本。

          LED光源采用COB封裝形式,目前主要是采用中功率多芯片、矩陣式集成封裝,號(hào)稱第三代COB封裝形式,且有很多不同的結(jié)構(gòu)類型,如MCOB、COFB、MCOMB等,并可降低封裝成本30%,目前國(guó)內(nèi)已開發(fā)一種球泡燈,采用9只中功率芯片集成COB封裝,體積小、不帶散熱片,功率為7W,光通量可達(dá)500~700lm,其成本只有16元。

          模塊化標(biāo)準(zhǔn)封裝LED產(chǎn)品,這將是光源的發(fā)展方向。它是將芯片、驅(qū)動(dòng)、控制部分、散熱、零件等封裝在一起形成模塊,并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),可用于不同照明燈具產(chǎn)品,可極大地降低封裝成本,據(jù)測(cè)算可降低封裝成本50%,各主要廠商均積極投入研發(fā)之中。Zhaga聯(lián)盟已著手制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),主要是光引擎界面接口標(biāo)準(zhǔn),它將涵蓋物理尺寸以及光引擎的光學(xué)、電氣和熱特性等,最終實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟內(nèi)不同制造商之間的產(chǎn)品兼容性、互換性。

          3.燈具環(huán)節(jié)降低成本的方法

          在保障二次光學(xué)設(shè)計(jì)出光效率和散熱性能的前提下,采用新材料、新的照明方式等,設(shè)計(jì)制作輕便、美觀、價(jià)廉的新燈具,從而降低燈具成本。此外,目前國(guó)產(chǎn)電源的性能和可靠性有較大提高。在此基礎(chǔ)上采取有效的技術(shù)措施,可較大幅度降低電源成本,從目前2.5~3元/W降至1.5~2元/W。

          4.其他配套成本的降低

          MOCVD外延爐和芯片制造設(shè)備,如能國(guó)產(chǎn)化,會(huì)較大幅度降低芯片制造成本。LED產(chǎn)品的檢測(cè)設(shè)備,特別是光學(xué)檢測(cè)設(shè)備,還有降低成本的空間。此外關(guān)鍵原材料國(guó)產(chǎn)化也有利于降低成本,其中,Al2O3藍(lán)寶石襯底國(guó)產(chǎn)化,已降價(jià)不少。外延用的MO有機(jī)源,現(xiàn)有部分國(guó)產(chǎn)化,也有降價(jià)的余地。封裝用的熒光粉等國(guó)產(chǎn)化,均有較大降價(jià)的余地。

          總體而言,除了通過上采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料等措施實(shí)現(xiàn)照明的高光效、高顯色性、高可靠和低成本外,從深層次來看,應(yīng)該將提高能效和光色質(zhì)量作為L(zhǎng)ED照明的更高要求,即LED白光的光譜分布類似太陽(yáng)光的光譜分布,要充分考慮視覺舒適度、人性化的照明等,并進(jìn)行智能化調(diào)光控制,減少電能損耗,提高節(jié)能效果,使半導(dǎo)體照明真正為人們提供節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適的照明環(huán)境。



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