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高功率led应用


?LED

?
Bright LED Electronics Corp. www.brtled.com

OUTLINE
?
LED ?

?LED

? LED?
? Matrix COB

?

? LED?

/>? LED? ?

?

?

?

?LED
Osram Golden Dragon Cree XLamp Seoul Semiconductor

Lumiled Luxeon

Nichia

BRT LED

LED Market Forecast

Source: Strategies unlimited

Outdoor LED Lighting

LED
Raleigh LED City

Most parking garage lights burn 24 hours-a-day during peak electrical rates The vibration from vehicle traffic creates a harsh environment for traditional light sources Public safety concerns favor white light and a high color rendering index (CRI), and "burned out" bulbs can create safety hazards

Source: Cree LED Light.

Comparison of Various Lamps
Item
Tungsten Lamp Halogen Lamp Fluorescent Lamp(conventional lamp) HID(Mercury Lamp) HID(Na Lamp) Metal Halide lamp LED

Efficacy
8-17lm/W 8-17lm/W 60-100lm/W 80-100lm/W 60-80lm/W 65-115lm/W 40-80lm/W

Walt
60 50 15 250 250

Lift time
1000 2000 10000 24000 24000 20000

Cost per Mlm(USD/hr)
7.4 12 3.9 3.8 1.3

1

50000

4.16

Power Conversion for white light source

It is important to understand how much outdoor lighting is enough and how to balance the need for light while minimizing light pollution and increasing energy efficiency.

?

?

IESNA
? ? ?
R1

?
? (LUX)
? ? R2 and R3 9 6 14 12 9 17 13 9 12 9 6 9 7 4 R4 8 5 13 10 8 15 11 8 15 11 8 10 8 5 6 4 3 3

?
?/ ? 3 3 ?

?A ?B ?
?

6 4 10 8 6 12

?
?

9 6 8

?
?

6 4 6

?
?

5 3

?
? ? ? ? : ? : : ? ? :? ? ,

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? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ?? ??

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?

?

?

?
Reflector

Q:LED

,

Reflector

,

?Reflector ? ?

?
n1:air n2

?(Luminaire Efficiency)
? ?

?: 0.6~0.7
LED

?: ~0.8

??
?

?
? ?

?

?

?
? ? ? ? ? ? ? LED? 40~84 lm/W 90% 85% 85% 26~54.6 lm/W 0.018~0.038 W/lm LED LED? ? 1 400W ( 61 lm/W 75% 70% 70% 20.8 lm/W 0.048 W/lm 1.26~2.67 20.6~62.5% ) 400W ( 80 lm/W 75% 70% 70% 29.4 lm/W 0.034 W/lm 0.89~1.89 -12.4~+47.1% )

LED?
LED LED : : ? : ( ?(Junction temperature): <120 C ?, ?), ? , ? ? ?/ 10C,LED , Coating

Useful life of high Brightness White LEDs at different Operating Temperature
Tj=63C Tj=74C

Source: US DOE

LED Thermal Management

Mode of heat transfer: Conduction( Primary mode) Maximum LED junction Temperature Thermal resistance

LED

?
Area Chip PKG PC board Heatsink ~1mm2 ~25mm2 ~102~104mm2 >106mm2

How much heat we have to deal with?
ηWPE 2000 6% Today* 23% Future** 51% Heat 94% 77% 49% Light 6% 23% 51%

* OSRAM LED 350mA,3.2V, 67lm/W **OSRAM LED 350mA,2.9A,150lm/W

Thermal spreading Resistance

Rt=R1D+Rs

Rs: spreading resistance

?

LED Package Materials

solder
TEMP(oC)

Liqui dus
143.4 156.7 MP 183 199 221 220 232m p 280

Solidu s
143.3

Composition( % by mass)

Thermal conductivity@ 85C(W/cm C) 0.73 0.86 0.5 0.61 0.33 0.73 0.57

CTE@20oC(pp m/oC)

Electrical Density( conductivity(1 gm/cm3) .7 ohms-cm) 23 24 11.5 15 16 13.2 15.6 7.38 7.31 8.40 7.27 7.36 7.40 7.28 14.5

97In3Ag 100In

0.73 0.86 25 30 24 16

183 199 221 217

63Sn37Pb 91Sn9Zn 96.5Sn3.5Ag 95.5Sn3.8Ag 0.7Cu 100Sn

280

80Au20Sn

MCPCB Thermally Conductivity Layer
D
Thermal conductivity(W/m-K) Thermal resistance Thickness(mm) Breakdown voltage(kV) 5 0.15 oC/W 0.3 6

N
3 0.67x10-3 m2K/W 2 -

R
12 0.05 0.08 4.3

B
2.2 0.05 oCin2/W 0.075 6

A (Taiwan)
40 0.015 -

1. Wire bonding issue (Surface roughness, Ni/Au Plating thickness) 2. Compromise between Breakdown Voltage and thickness

?
Material Si Alumina AlN Al Cu AlSiC Thermal conductivity (W/mk) ~150 ~20 ~170-230 ~150-230 ~400 ~200 CTE (ppm/k) ~4.1 ~6.7 ~3.5-5.7 ~23 ~17 ~8.4

?
material Thermal conductivity (W/mk) ~18 ~20 ~37 ~30 ~270 ~60 ) ~2000 ~1000 CTE (ppm/k) ~6 ~6.6 ~7.1 ~2.3 ~3.7 ~-0.6 ~2.3 ~2.3

92% 96%

Al2O3 Al2O3

99.6% Al2O3 Si3N4 SiC BN Diamond(

Diamond(CVD)

Package Type
LED ? ? SMD or COB (matrix type)?

SMD
? ?
? ( >60lm/w) (~ 9C/W)

COB
( , ? …)

(< 5C/W for Ceramic PKG)

Package Type: SMD & COB
SMD PKG: Rjb: ~10K/W

COB PKG: Rjb: 4K/W(OSRAM OSTAR)

? COB Package
?
1. 2. 3. ? : Heat flux : Thermal crosstalk : Tj vs. Life

?

? ?

?

?
? ?

?LED
? ? ? ? PCB Metal core PCB(or IMS) Ceramic(Al2O3/AlN/SiC) Direct bond Copper

?

MCPCB
? Metal core PCB
Cu Foil, 1 oz~4 oz Thickness:60um~200um Al/Cu

? ?

?? ? ?

? ?

?

?

AlN

Source: Denka

LED
Al2O3 (
1. pad (non-verticle) 2. Al2O3 Al2O3 ) 3. AuSn

via hole)
1.Vertical

AlN
non-Vertical 1.Vertical 2. In ? 3.

MCPCB
non-Vertical ? ? AuSn Tg 4.? Vertical , submount ,

(

2. AuSn 3. AlN Cu Al ,

43( /4cm^2), via hole: 200 1. ? ~17W/mk 2. ?~ 6.7 x 10e-6 (1/C) 3. ?1900 (Hv) 4. 10(MV/m) 5. ( ?>50N) 6. ?>350?C 7. Rth~

96(

/4cm^2)

3.5(

/4cm^2)

1. ? ~ 200W/mk 2. ?~ 4.5 x 10e-6 (1/C) 3. ?1200 (Hv) 4. 15(MV/m) 5. ( ?>50N) ( ?>30N) 6. ?>350?C 7. Rth<5C/W

1. ? 0.5~ 6W/mk 2.Al ?~ 23.6 x 10e-6 (1/C) 3. ?60~200um 4. >3KV 5. ?~260?C, (20sec~30sec) 6. (COB) Rth~15C/W 7. (Brimon) Rth~8C/W

?

?,

? cd/1000lm

,

?

?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

LED?

: 4000lm

LED?

1: 4000lm

: 8m : 25m : 10?

?: 17.9 lux ?/ ?: 1.18

?
LED ? 20m

?
LED

14m

LED?

LED?

?

LED?

??

LED
0m 0m 2m 4m
?=3.6 lux ? ?

??
Unit:lux

5m

10m 15m 20m 25m 30m

:

?=1.44

?

?

?
LED?

LED? 100W V=215V I=0.51A P=109.65W

35m 7m

7m

??

LED?
2.5m

??
Unit:lux

7.5m 12.5m 17.5m 22.5m 27.5m 32.5m

0m 3m 6m
?=5.9 lux ? ? ?=58.52
:

?
? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?

Thank you
cs.lee@brtled.com 02-29591090ext 427


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