幾款貼片LED的比較

1、幾款貼片 LED 的比較這里就目前常用的幾款貼片白光 LED 的優(yōu)劣做個(gè)比較。主要是下列幾種封裝形式的 LED：3528、3014、2835、5630。幾款 LED 的外觀(guān)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1。3528301428355630-15630-2圖 1.本文討論的幾種白光貼片封裝5630 的封裝結(jié)構(gòu)有兩種形式，如上圖，這里以“-1”、“-2”來(lái)區(qū)分。國(guó)內(nèi)的封裝廠(chǎng)基本上是“1”形封裝。采用“2”形封裝的主要是韓國(guó) LG。1.散熱方面比較1.1 LED 封裝的散熱狀況測(cè)試比較表 1 是幾款貼片LED 的測(cè)試結(jié)果。3528、2835、3104 均焊接在相同設(shè)計(jì)的 PCB 上，工作電流均為30mA，兩款 5630

2、 也是采用相同的 PCB，工作電流是 150mA。表中有“ a”后綴的表示采用了更好的散熱措施。表 1.幾款貼片 LED 的測(cè)試數(shù)據(jù)參數(shù)LED 類(lèi)型3528單位3528283530145630-15630-25630-1a 5630-2a測(cè)試及計(jì)算數(shù)據(jù)Ta 3131.530.530.524.924.928.825.3初始電壓穩(wěn)定電壓電壓差V 3.2333.2363.2613.1533.1963.1233.2513.107V 3.1993.2023.2313.1123.0493.0263.1873.076V 0.034 0.0340.0300.0410.1470.097 0.064 0.031測(cè)

3、試的目的主要是考察比較這些 LED 的結(jié)溫，以此來(lái)比較那種 LED 的散熱好，那種不好。結(jié)溫是不能直接用溫度計(jì)測(cè)試的，通常是根據(jù)半導(dǎo)體物理的理論，PN 結(jié)的電壓與溫度有著線(xiàn)性的關(guān)系，以此采用電壓法來(lái)測(cè)試計(jì)算結(jié)溫。限于本人測(cè)試的條件，雖然測(cè)試了上述幾款 LED 的電壓溫度系數(shù) K 值，但是由于數(shù)值的準(zhǔn)確度不致引起誤導(dǎo)，這里就不給出具體的 K 值數(shù)據(jù)了。只給出相互比較的趨勢(shì)。從本人測(cè)試的幾款 LEDK 值數(shù)據(jù)看，有著很明顯的趨勢(shì)，數(shù)值由大到小的順序是：K3528 K2835 K3014 K5630從表 1 的電壓差大小就可以基本反映結(jié)溫的變化大小。雖然看來(lái) 2835 的電壓差比 3528 的要小，

4、但是它的 K 值小，實(shí)際結(jié)溫還是比 3528 要高 2左右。5630則不能簡(jiǎn)單地跟其它幾款貼片LED 相比較，因?yàn)樗腒值比其它的要小很多，跟最低的3014 相比還要小20。而且它的工作電流是150mA，所以，5630 的結(jié)溫要高很多。我們只能是在兩種5630 結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行比較。從表1 的數(shù)據(jù)可以看到， 5630-1 型封裝的散熱要比5630-2 型封裝要差很多。根據(jù) K 值計(jì)算結(jié)溫，兩者的結(jié)溫相差達(dá)到 20以上。1.2幾款 LED 的應(yīng)用分析根據(jù)上節(jié)的測(cè)試比較，可以看到，5630封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)溫要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它幾種封裝的結(jié)溫。由此可以推斷，5630 的壽命和可靠性要低。注意，知識(shí)針對(duì)目前 563

5、0 型封裝的額定電流情況（通常廠(chǎng)家給出的是 120mA 或 150mA）。如果這種封裝的額定電流規(guī)定為 20mA 或 30mA，則另當(dāng)別論。從測(cè)試的結(jié)果看，在 3528、3014 和 2835 中，被認(rèn)為散熱最不好的 3528 封裝，實(shí)際上是最好的。3014 和 2835 的封裝結(jié)構(gòu)，與 3528 相比，并不是它們額定電流大小決定了結(jié)溫高，因?yàn)闇y(cè)試是采用了相同的電流。并且測(cè)試中采用的 3528 還是額定電流 20mA 芯片的產(chǎn)品，用 30mA 來(lái)測(cè)試，已經(jīng)是超負(fù)荷工作了，依然表現(xiàn)出比額定電流 30mA 芯片的 3014 及額定電流60mA 芯片的 2835 要好的性能。由此可以推斷，同樣是 3

6、0mA 下工作，3014 的散熱能力不如 3528，其壽命和可靠性也就差。而2835，若只是設(shè)計(jì)用來(lái)在30mA 下工作，性能基本接近3528。但實(shí)際上它的額定電流是 60mA，這樣，實(shí)際產(chǎn)品的壽命和可靠性相對(duì) 3528 就很差了。注意，這里用20mA 的 3528 工作在 30mA 與其它LED 比較，并不是讓大家簡(jiǎn)單地用額定電流20mA 的產(chǎn)品直接采用 30mA 來(lái)使用，因?yàn)檫@樣會(huì)造成色溫的變化和正向電壓的增大。本測(cè)試對(duì)比表明，如果 3014 可以工作在 30mA，那么用 3528 封裝也可以采用 30mA 的芯片及工藝來(lái)封裝以工作在30mA。當(dāng)然，這里只是從熱的方面來(lái)考慮，光的方面還需考慮

7、。看問(wèn)題要全面，不可一葉障目。一方面的好，并不能代表整體好，需要全盤(pán)考慮。2.光學(xué)方面比較這里的光學(xué)比較，僅僅是以 LED 自身特性考慮。3014 的推出，主要是想替代 352。推出它的理由是：體積小，散熱比 3528好。還沒(méi)有注重宣導(dǎo)它的出光方面的優(yōu)勢(shì)。而2835 的推出，則還注重地宣傳它出光面大的優(yōu)勢(shì)。同樣，5630則是比較強(qiáng)調(diào)了它的出光面更大。封裝廠(chǎng)家宣傳稱(chēng)，出光面大，在管燈和球泡燈等的應(yīng)用中，可以解決暗斑問(wèn)題。是否如此？必須實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其 實(shí) ， 我們看 看 這 幾款貼 片LED歸一化光強(qiáng)角度的規(guī)格、或?qū)嶋H測(cè)試看看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它 們 的 額 定 視 角 都 是 相 同 的120 度。圖

8、2 是幾款貼片LED的長(zhǎng)、寬方向的光強(qiáng)分布。為了便于比較，圖中的曲圖 2.幾款貼片 LED 的光束角比較5630寬度方向線(xiàn)做了適當(dāng)?shù)奈灰?，將左?50光強(qiáng)的點(diǎn)移到一起，這樣從右邊50光強(qiáng)點(diǎn)就可以清楚比較光束角的大小。為了看得更清楚，將圖 2 中畫(huà)圈的部分進(jìn)行放大示于圖 3。50%Iv圖 3.對(duì)圖 2 的局部放大5630長(zhǎng)度方向3014長(zhǎng)度方向3014寬度方向2835寬度方向2835長(zhǎng)度方向從圖 2 和圖 3中可以看到，發(fā)光面最小的 3014 似乎有最大的光束角，而發(fā)光面最大的 5630 卻有著最小的光束角。而且還可以看到，這幾款貼片LED，長(zhǎng)度方向的光束角并沒(méi)有比寬度方向有優(yōu)勢(shì)，甚至像 563

9、0（方芯片）、3014，寬度方向的光束角明顯大于長(zhǎng)度方向的光束角。在小于 60 度的范圍內(nèi)，2835 寬度方向的光束角也明顯大于長(zhǎng)度方向的光束角。上面的測(cè)試結(jié)果，是不是讓人大跌眼鏡？在這個(gè)數(shù)據(jù)比較出來(lái)之前，人們都認(rèn)為：a.長(zhǎng)度方向的出光角度大。b.出光表面大，所以照得更寬。所以都認(rèn)為用 5630 比 3528、3014 更能解決暗斑問(wèn)題。現(xiàn)在看來(lái)，上述看法都是想當(dāng)然的。出光面大，不能代表光束角大。根據(jù)上述比較，可以看到，不能用5630 簡(jiǎn)單地替代3528、3014 來(lái)解決管燈的暗斑問(wèn)題。對(duì)于同樣的 LED 間距，5630 比 3528、3014 等會(huì)有更嚴(yán)重的暗斑問(wèn)題！為什么出光面大，光束角卻

10、沒(méi)有增大，甚至減小？為什么長(zhǎng)度方向的光束角還小于寬度方向的光束角？這些問(wèn)題的的分析有些復(fù)雜。白光 LED 膠體中的熒光粉顆粒、膠體表面的平整度、粗糙度、殼體的側(cè)壁反光、芯片的尺寸等因素，都會(huì)有影響。事實(shí)已經(jīng)擺在眼前，不容否認(rèn)，只能是用理論來(lái)分析、解釋。這對(duì)設(shè)計(jì) LED 支架結(jié)構(gòu)的人來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是很重要的課題。但對(duì)應(yīng)用 LED 的人來(lái)說(shuō)，則可不必考慮。當(dāng)然。有興趣的也可以自己去研究一下。圖 4 是 3528 和 5630 光斑狀況的比較。兩種 LED 之間的距離是相同的，改變 LED 到光罩的距離，可以看到，當(dāng)著光斑（兩束光之間的暗區(qū)）基本消失時(shí)，它們都有著同等的距離。并不會(huì)因?yàn)?630的出光面大

11、而可以有更近的距離。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，在做管燈時(shí)，同樣的燈具，不能因?yàn)?630 的表面大而增大LED 的距離來(lái)減少 LED 的數(shù)量。要沒(méi)有光斑，5630 和 3528 的使用數(shù)量是相同的。這樣使用 5630 的成本就太高了。因此，要用 5630 來(lái)做管燈，燈具結(jié)構(gòu)必須改變。這樣改進(jìn)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品已經(jīng)面市了，大家有機(jī)會(huì)看到就明白了。解決暗斑問(wèn)題，可以采取如下措施：圖 4a.減小 LED 的間距。這樣，對(duì)某些燈具來(lái)講，會(huì)增加 LED 的數(shù)量。b.適當(dāng)增大 LED 到擴(kuò)散罩的距離。適當(dāng)?shù)木嚯x已可以解決光般問(wèn)題，過(guò)大的距離則會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)題。c.更改燈具的結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足既增大LED 的間距，又增大 LED 到擴(kuò)散

12、罩的距離。當(dāng)然，對(duì)透明罩則不需考慮這些問(wèn)題。3.幾款貼片 LED的比較結(jié)果根據(jù)上面的測(cè)試結(jié)果，可以對(duì)這幾款封裝的 LED 做個(gè)評(píng)價(jià)。3014除非對(duì)體積有要求，否則不宜考慮。3528該封裝體的散熱還是不錯(cuò)的。2835與 3528 相比沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。5630-1這是失敗的封裝設(shè)計(jì)。5630-2相對(duì) 5630-1 封裝，散熱能力強(qiáng)很多。從散熱的角度看，3528 比較好。根據(jù)一些初步的測(cè)試，本人認(rèn)為，3528 封裝的工作電流可以拓展到 4060mA。傳統(tǒng) 3528 的高度較高，現(xiàn)在已有薄型的 3528 封裝，基本上可以淘汰 3014 產(chǎn)品除非設(shè)計(jì)的燈具非常小，允許的 PCB 尺寸非常小。5630 封裝

13、，若采用圖 1 中的 5630-2 型，最大工作電流應(yīng)該在 120mA 為宜。用到 150mA，需要很好的散熱裝置，否則，結(jié)溫很容易超過(guò)70。至于5630-1型封裝，最大工作電流應(yīng)該在100mA以下為宜。2835 從成本上看，不可與 3528 相比擬，所以，可以淘汰或改進(jìn)。沒(méi)有對(duì) 5630 和小尺寸的封裝做比較，因?yàn)闆](méi)有實(shí)際意義，不可能用 5630 在 30mA 以下來(lái)用。4.對(duì)貼片封裝 LED改進(jìn)的建議3014 和 2835 型封裝的散熱效果所以不如預(yù)期，在于它們熱沉設(shè)計(jì)的不合理。從理論上講，這樣的設(shè)計(jì)思路是對(duì)的。但是，為了追求小型化、超薄形，達(dá)到的結(jié)果確實(shí)是不好的。影響熱阻的因素，不僅僅在

14、于一個(gè)縱向的薄，還需要橫向的寬。這方面的問(wèn)題我在“導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻的實(shí)際應(yīng)用”【1】一文中講過(guò)。我再這里重復(fù)一下來(lái)說(shuō)明如何改進(jìn)貼片封裝結(jié)構(gòu)。圖 5、圖 6 是兩款 1W 級(jí)封裝的 LED，圖 7、圖 8 分別是這兩款 LED 的截面示意圖。圖 9 是它們?cè)趯?shí)際使用時(shí)，熱流的傳導(dǎo)示意圖。請(qǐng)?zhí)貏e注意一下它們的銅底座尺寸。這些尺寸的設(shè)計(jì)對(duì)散熱非常重要。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，這兩款 LED 相比，圖 6 的 LED 芯片溫度要遠(yuǎn)低于圖 5 的 LED。雖然從LED 結(jié)封裝結(jié)構(gòu)看，似乎圖 5 的 LED 的芯片到熱沉底部的熱阻小，但是當(dāng)接散熱器時(shí)，鋁散熱器的導(dǎo)熱能力比銅小的多，熱量不容易橫向散開(kāi)，除非是銅散熱器，

15、這樣就和圖6的結(jié)構(gòu)類(lèi)似了，而這實(shí)際上就反過(guò)來(lái)證明了圖 6 的散熱要好了。圖8的結(jié)構(gòu)，散熱銅底座較厚，但是橫向比較大，芯片的熱量可以很快橫向散開(kāi)。LED CHIP圖 72.8圖 5圖 6圖 9圖 82.86LED CHIP相比起來(lái)，圖 6 的 LED 結(jié)構(gòu)中與圖 5 結(jié)構(gòu)相應(yīng)點(diǎn)的熱流密度都要低，參看圖 9，實(shí)際熱阻其實(shí) 0. 2 1.3 5 2. 55 0. 5 1. 8 1還要小。這個(gè)例子說(shuō)明，封裝體的熱沉不能僅僅依靠減薄來(lái)減小熱阻，它需要一定的寬度和厚度。寬度增大，而厚度很薄的話(huà)，橫向熱阻依然會(huì)大。實(shí)際上，像 3014 和 2835，以及 5630 這樣的封裝，所以散熱不好，就是因?yàn)榉庋b熱沉接觸的 PCB 覆銅厚度很薄。除非將 PCB 的覆銅做到 0.51mm 厚。這是不可能的，成本上不允許。所以，從實(shí)際應(yīng)用的角度看，要減小熱阻，只有將封裝體的熱沉做得適當(dāng)?shù)拇蠛秃瘛７庋b廠(chǎng)不能只考慮自身的成本問(wèn)題。像3014、2835 及5630 這樣的封裝，散熱宣傳封裝熱阻很小，但在實(shí)際應(yīng)用中反倒會(huì)造成系統(tǒng)的熱阻增大。很多人只是從表面現(xiàn)象、孤立地來(lái)看問(wèn)題，這很不好。由于 LED 封裝體熱沉設(shè)計(jì)的不合理，芯片熱量不容易導(dǎo)出到外部。只有通過(guò)加大散熱器，增加外部散熱能。適當(dāng)降低散熱器外端的溫度，也可以適當(dāng)增加傳熱量。但是，一方面，散熱器增加到