سفید روشنی ایل ای ڈی لمبی عمر، اعلی طاقت اور کم بجلی کی کھپت ٹیکنالوجی
ماضی میں، بیم کا پورا منافع کمانے کے لیے، صنعت نے ایک بڑا سائز تیار کیا ہے اور اس طریقے سے مطلوبہ ہدف حاصل کرنے کی کوشش کی ہے، لیکن درحقیقت، جب سفید ایل ای ڈی کی لاگو طاقت 1W سے زیادہ ہوتی رہتی ہے، شہتیر کم ہو جائے گا، اور چمکیلی کارکردگی نسبتاً 20 ~ 30 فیصد کم ہو جائے گی۔ دوسرے لفظوں میں، اگر سفید ایل ای ڈی کی چمک روایتی ایل ای ڈی کی نسبت کئی گنا زیادہ ہے اور بجلی کی کھپت کی خصوصیات فلوروسینٹ لیمپ سے زیادہ ہیں، تو پہلے درج ذیل چار بڑے مسائل پر قابو پانا ضروری ہے: a۔ درجہ حرارت میں اضافے کو دبانا؛ ب سروس کی زندگی کو یقینی بنانا؛ c چمکیلی کارکردگی کو بہتر بنانا d. چمکیلی خصوصیات کی مساوات۔
درجہ حرارت میں اضافے کے مسئلے کے لیے مخصوص طریقہ پیکج کی تھرمل رکاوٹ کو کم کرنا ہے۔ ایل ای ڈی کی سروس لائف کو برقرار رکھنے کا مخصوص طریقہ چپ کی شکل کو بہتر بنانا اور ایک چھوٹی چپ کا استعمال کرنا ہے۔ ایل ای ڈی کی چمکیلی کارکردگی کو بہتر بنانے کا مخصوص طریقہ چپ کی ساخت کو بہتر بنانا اور ایک چھوٹی چپ کا استعمال کرنا ہے۔ یکساں برائٹ خصوصیات کے لیے مخصوص طریقہ ایل ای ڈی کی پیکیجنگ کے طریقہ کار کو بہتر بنانا ہے۔ عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ سفید ایل ای ڈی سے 2005-2006 میں مذکورہ بالا اقدامات کو اپنانے کی توقع ہے۔
طاقت بڑھانے کے لیے Jingwei کی ترقی پیکج کی تھرمل رکاوٹ کو تیزی سے 10K/W سے نیچے گرانے کا سبب بنے گی۔ لہذا، غیر ملکی کمپنیوں نے مندرجہ بالا مسائل کو بہتر بنانے کی کوشش کرنے کے لئے اعلی درجہ حرارت مزاحم سفید ایل ای ڈی تیار کی ہیں. تاہم، اصل کیلوری کی قیمت کم طاقت والے ایل ای ڈی کے مقابلے میں درجنوں گنا زیادہ ہے۔ مندرجہ بالا، اور درجہ حرارت میں اضافہ بھی چمکیلی کارکردگی کو بہت کم کرے گا. یہاں تک کہ اگر پیکیجنگ ٹیکنالوجی زیادہ گرمی کی اجازت دیتی ہے، ایل ای ڈی چپ کا بانڈنگ درجہ حرارت قابل اجازت قیمت سے زیادہ ہو سکتا ہے۔ آخر کار، صنعت نے آخرکار محسوس کیا کہ پیکیجنگ کی گرمی کی کھپت کے مسئلے کو حل کرنا بنیادی حل ہے۔
ایل ای ڈی کی سروس لائف کے بارے میں، مثال کے طور پر، سلکان سیلنگ میٹریل اور سیرامک پیکیجنگ میٹریل کا استعمال ایل ای ڈی کی سروس لائف کو 10 فیصد تک بڑھا سکتا ہے، خاص طور پر سفید ایل ای ڈی کے برائٹ سپیکٹرم میں 450nm سے کم طول موج کے ساتھ مختصر طول موج کی روشنی ہوتی ہے، روایتی epoxy رال سیل کرنے والے مواد مختصر طول موج کی روشنی سے نقصان پہنچانا بہت آسان ہے۔ ہائی پاور سفید ایل ای ڈی کی روشنی کی بڑی مقدار سگ ماہی مواد کے بگاڑ کو تیز کرتی ہے۔ انڈسٹری کے ٹیسٹ کے نتائج کے مطابق، 10،000 گھنٹے سے بھی کم روشنی کے لیے ہائی پاور سفید LEDs کی چمک نصف سے زیادہ کم ہو گئی ہے، جو روشنی کے منبع کو پورا نہیں کر سکتی۔ لمبی زندگی کے لیے بنیادی ضروریات۔
ایل ای ڈی کی چمکیلی کارکردگی کے بارے میں، چپ کی ساخت اور پیکیجنگ ڈھانچہ کو بہتر بنانے سے کم طاقت والی سفید ایل ای ڈی کی سطح تک پہنچ سکتے ہیں۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ جب موجودہ کثافت میں 2 گنا سے زیادہ اضافہ ہوتا ہے، تو بڑے چپس سے روشنی نکالنا نہ صرف مشکل ہوتا ہے، بلکہ یہ چمکدار کارکردگی کا باعث بنے گا۔ یہ اتنا اچھا نہیں ہے جتنا کم طاقت والی سفید ایل ای ڈی کا مخمصہ۔ اگر چپ کے الیکٹروڈ ڈھانچے کو بہتر بنایا جائے تو، مذکورہ بالا روشنی نکالنے کا مسئلہ نظریاتی طور پر حل کیا جا سکتا ہے۔
چمکیلی خصوصیات کی یکسانیت کے بارے میں، عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ جب تک سفید ایل ای ڈی کے فاسفر مواد کی یکسانیت کو بہتر بنایا جاتا ہے، فاسفر کی مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کو مندرجہ بالا مسائل پر قابو پانے کے قابل ہونا چاہیے۔
جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے، اپلائیڈ پاور کو بڑھاتے ہوئے، تھرمل رکاوٹ کو کم کرنے اور گرمی کی کھپت کے مسئلے کو بہتر بنانے کی کوشش کرنا ضروری ہے۔ مخصوص مواد یہ ہیں:
①چِپ سے پیکج تک تھرمل مزاحمت کو کم کریں۔
②پیکیج سے پرنٹ شدہ سرکٹ تک تھرمل رکاوٹ کو دبا دیں۔
③چپ کی گرمی کی کھپت کی ہمواری کو بہتر بنائیں
تھرمل رکاوٹ کو کم کرنے کے لیے، بہت سے غیر ملکی ایل ای ڈی مینوفیکچررز تانبے اور سیرامک مواد سے بنے ہیٹ سنک کی سطح پر ایل ای ڈی چپس لگاتے ہیں، اور پھر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ پر گرمی کی کھپت کی تاروں کو کولنگ فین کے استعمال سے جوڑنے کے لیے سولڈرنگ کے طریقے استعمال کرتے ہیں۔ جرمنی میں OSRAM Opto Semiconductors Gmb کے تجرباتی نتائج کے مطابق جبری ایئر کولنگ کے ساتھ کولنگ پنوں پر، مندرجہ بالا ڈھانچے کے سولڈر جوائنٹ تک LED چپ سے تھرمل رکاوٹ کو 9K/W تک کم کیا جا سکتا ہے، جو کہ تقریباً 1/ ہے۔ روایتی ایل ای ڈی کا 6، اور پیکڈ ایل ای ڈی 2W لاگو ہوتی ہے جب پاور زیادہ ہوتی ہے، ایل ای ڈی چپ کا بانڈنگ درجہ حرارت سولڈر جوائنٹ کے مقابلے میں 18K زیادہ ہوتا ہے۔ یہاں تک کہ اگر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کا درجہ حرارت 500C تک بڑھ جاتا ہے، تو بانڈنگ کا درجہ حرارت زیادہ سے زیادہ صرف 700C ہے۔ اس کے برعکس، ایک بار تھرمل مائبادا کم ہونے کے بعد، ایل ای ڈی چپ کا بانڈنگ درجہ حرارت زیادہ ہوگا۔ پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کے درجہ حرارت سے متاثر ہو کر، ایل ای ڈی چپ کے درجہ حرارت کو کم کرنے کی کوشش کرنا ضروری ہے، دوسرے لفظوں میں، ایل ای ڈی چپ سے سولڈر جوائنٹ تک تھرمل مزاحمت کو کم کرنا، جو ٹھنڈک کے بوجھ کو مؤثر طریقے سے کم کر سکتا ہے۔ ایل ای ڈی چپ۔ اس کے برعکس، یہاں تک کہ اگر سفید ایل ای ڈی کا ڈھانچہ تھرمل مزاحمت کو دباتا ہے، اگر گرمی کو پیکیج سے پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ تک نہیں لے جایا جا سکتا ہے، تو درجہ حرارت میں اضافے کے نتیجے میں ایل ای ڈی کی چمکیلی کارکردگی تیزی سے گر جائے گی۔ ایل. ای. ڈی. کمپنی 1 ملی میٹر مربع نیلے ایل ای ڈی کو سیرامک سبسٹریٹ پر فلپ چپ کی شکل میں سمیٹتی ہے، اور پھر سیرامک سبسٹریٹ کو کاپر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کی سطح پر چسپاں کرتی ہے۔ پیناسونک کے مطابق، پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ سمیت پورے ماڈیول کی تھرمل رکاوٹ تقریباً 15K/W ہے۔ کے بارے میں.
چونکہ گرمی کی کھپت کے فن اور پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کے درمیان چپکنے سے گرمی کی ترسیل کے اثر کو براہ راست متاثر ہوتا ہے، پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کا ڈیزائن بہت پیچیدہ ہو جاتا ہے۔ اس کے پیش نظر، روشنی کے سازوسامان اور ایل ای ڈی پیکیجنگ مینوفیکچررز جیسے کہ ریاستہائے متحدہ میں لومی اور جاپان میں CITIZEN نے یکے بعد دیگرے ہائی پاور ایل ای ڈی تیار کی ہیں۔ سادہ گرمی کی کھپت کی ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے، CITIZEN نے 2004 میں جس سفید ایل ای ڈی پیکج کا نمونہ لینا شروع کیا تھا وہ بغیر کسی خصوصی بانڈنگ ٹیکنالوجی کے تقریباً 2~3 ملی میٹر کی موٹائی کے ساتھ گرمی کی کھپت کے پنکھوں کی حرارت کو براہ راست خارج کر سکتا ہے۔ کمپنی کے مطابق، اگرچہ ایل ای ڈی چپس کا بانڈنگ پوائنٹ سے کولنگ فن تک 30K/W کا تھرمل مائبادا OSRAM کے 9K/W سے بڑا ہے، اور کمرے کا درجہ حرارت معمول کے مطابق تھرمل مائبادا کو تقریباً 1W تک بڑھا دے گا۔ ماحول، لیکن یہاں تک کہ اگر روایتی طباعت شدہ سرکٹ بورڈ میں زبردستی ایئر کولنگ کے لیے کولنگ فین نہیں ہے، سفید روشنی اسے مسلسل روشنی کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔
Lumileds نے 2005 میں جس ہائی پاور ایل ای ڈی چپ کا نمونہ لینا شروع کیا تھا اس کا بانڈنگ درجہ حرارت پلس 1850C ہے، جو اسی سطح پر دیگر کمپنیوں کی مصنوعات سے 600C زیادہ ہے۔ روایتی RF4 پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ پیکیج کا استعمال کرتے وقت، محیطی درجہ حرارت 1.5W پاور کرنٹ (تقریباً 400mA) کے برابر 400C کی حد میں داخل ہو سکتا ہے۔
جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے، Lumileds اور CITIZEN نے جنکشن کے قابل اجازت درجہ حرارت کو بڑھانے کے لیے اپنایا ہے، جبکہ جرمنی کے OSRAM نے 9K/W کا انتہائی کم تھرمل مائبادی ریکارڈ حاصل کرنے کے لیے حرارت کی کھپت کے فن کی سطح پر ایل ای ڈی چپ سیٹ کی ہے، جو اسی طرح کی مصنوعات کی OSRAM کی سابقہ ترقی کے تھرمل مائبادا سے زیادہ ہے۔ 40 فیصد کمی۔ یہ بات قابل ذکر ہے کہ ایل ای ڈی ماڈیول کو روایتی طریقہ کے طور پر اسی فلپ چپ طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے پیک کیا جاتا ہے، لیکن جب ایل ای ڈی ماڈیول کو تھرمل فن سے منسلک کیا جاتا ہے، تو ایل ای ڈی چپ کے قریب ترین روشنی خارج کرنے والی پرت کو بانڈنگ سطح کے طور پر منتخب کیا جاتا ہے، تاکہ روشنی کو خارج کرنے کے لیے تہہ کی حرارت کو کم سے کم فاصلے پر ترسیل کے ذریعے ختم کیا جا سکے۔
2003 میں، توشیبا لائٹنگ کمپنی لمیٹڈ نے ایک بار 400 ملی میٹر مربع کی ایلومینیم کھوٹ کی سطح پر 60lm/W کم تھرمل مائبادی کی چمکیلی کارکردگی کے ساتھ ایک سفید ایل ای ڈی بچھائی، خاص گرمی کی کھپت کے اجزاء جیسے کہ کولنگ پنکھے کے بغیر، اور اسے بنانے کی کوشش کی۔ 300lm کی بیم کے ساتھ ایل ای ڈی ماڈیول۔ چونکہ توشیبا لائٹنگ کمپنی، لمیٹڈ کے پاس آزمائشی پیداوار میں بھرپور تجربہ ہے، کمپنی نے کہا کہ نقلی تجزیہ ٹیکنالوجی کی ترقی کی وجہ سے، 2006 کے بعد 60lm/W سے زیادہ سفید ایل ای ڈی آسانی سے استعمال کی جا سکتی ہیں، فریم کی تھرمل چالکتا بہتر کیا گیا ہے، یا روشنی کے آلات کو کولنگ پنکھے کے ذریعے زبردستی ایئر کولنگ کے ساتھ ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ ماڈیول کا ڈھانچہ جس میں خاص کولنگ ٹیکنالوجی کی ضرورت نہیں ہوتی وہ سفید ایل ای ڈی بھی استعمال کر سکتی ہے۔
ایل ای ڈی کی لمبی عمر کے بارے میں، ایل ای ڈی مینوفیکچررز کی طرف سے اٹھائے گئے موجودہ انسدادی اقدامات سگ ماہی کے مواد کو تبدیل کرنے کے لئے ہیں، اور ایک ہی وقت میں سگ ماہی کے مواد میں فلوروسینٹ مواد کو پھیلانا ہے، خاص طور پر سلیکون سگ ماہی مواد روایتی سے اوپر ایپوکسی رال سگ ماہی مواد سے بہتر ہے. نیلے اور قریب الٹرا وایلیٹ ایل ای ڈی چپس۔ مادی خرابی اور روشنی کی ترسیل میں کمی کی رفتار کو دبانے کے لیے یہ زیادہ موثر ہے۔
چونکہ 400~450nm کی طول موج کے ساتھ روشنی کو جذب کرنے والی ایپوکسی رال کا فیصد زیادہ سے زیادہ 45 فیصد ہے، اس لیے سلیکون سیل کرنے والا مواد 1 فیصد سے کم ہے، اور ایپوکسی رال کی چمک کو نصف کرنے کا وقت 10 سے کم ہے،{{ 5}} گھنٹے، اور سلکان سیلنگ میٹریل کو تقریباً 40،000 گھنٹے تک بڑھایا جا سکتا ہے، جو تقریباً لائٹنگ آلات کی ڈیزائن لائف کے برابر ہے، جس کا مطلب ہے کہ سفید ایل ای ڈی کو تبدیل کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ روشنی کے آلات کے استعمال کے دوران. تاہم، سلیکون رال ایک انتہائی لچکدار اور نرم مواد ہے، اور ایک مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی جو سلیکون رال کی سطح کو نہیں کھرچتی اسے پروسیسنگ کے دوران استعمال کیا جانا چاہیے۔ اس کے علاوہ، عمل کے دوران سلیکون رال آسانی سے دھول سے منسلک ہوتا ہے۔ اس لیے ضروری ہے کہ ایسی ٹیکنالوجیز تیار کی جائیں جو مستقبل میں سطح کی خصوصیات کو بہتر بنا سکیں۔
اگرچہ سلیکون سیل کرنے والا مواد 40،000 گھنٹے کے لیے LEDs کی سروس لائف کو یقینی بنا سکتا ہے، لیکن روشنی کے آلات کی صنعت کے خیالات مختلف ہیں۔ اہم بحث یہ ہے کہ روایتی تاپدیپت لیمپ اور فلوروسینٹ لیمپ کی سروس لائف کی تعریف "چمک 30 فیصد یا اس سے کم" کے طور پر کی گئی ہے۔ اگر ایل ای ڈی کا نصف وقت 40،000 گھنٹے ہے، اگر چمک 30 فیصد سے کم ہو جائے تو صرف 20،000 گھنٹے باقی ہیں۔ اجزاء کی خدمت زندگی کو طول دینے کے لیے فی الحال دو انسدادی اقدامات ہیں، یعنی:
1. سفید ایل ای ڈی کے مجموعی درجہ حرارت میں اضافہ کو دبانا؛
2. رال انکیپسولیشن کا استعمال بند کریں۔
عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ اگر اوپر دیے گئے دو لائف ایکسٹینشن اقدامات کو اچھی طرح سے لاگو کیا جائے تو 40،000 گھنٹے کے لیے 30 فیصد چمک کی ضرورت کو پورا کیا جا سکتا ہے۔ سفید ایل ای ڈی کے درجہ حرارت میں اضافے کو دبانے کے لیے، ایل ای ڈی پیکیجنگ پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کو ٹھنڈا کرنے کا طریقہ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ پیکیجنگ رال اعلی درجہ حرارت کی حالت اور مضبوط روشنی کی شعاع ریزی کے تحت تیزی سے خراب ہو جائے گی۔ Arrhenius قانون کے مطابق، اگر درجہ حرارت 100C تک کم ہو جائے تو زندگی 2 گنا بڑھ جائے گی۔
رال انکیپسولیشن کے استعمال کو روکنے سے بگاڑ کے عنصر کو مکمل طور پر ختم کیا جا سکتا ہے، کیونکہ ایل ای ڈی سے پیدا ہونے والی روشنی انکیپسولیشن رال میں منعکس ہوتی ہے۔ اگر آپ رال ریفلیکٹر استعمال کرتے ہیں جو چپ کی طرف روشنی کی سمت تبدیل کر سکتا ہے، تو ریفلیکٹر روشنی کو جذب کر لے گا، اس لیے نکالی جانے والی روشنی کی مقدار تیز ہو گی۔ یہ بنیادی وجہ ہے کہ ایل ای ڈی مینوفیکچررز مسلسل سیرامک اور دھاتی پیکیجنگ مواد استعمال کرتے ہیں۔
سفید ایل ای ڈی چپس کی چمکیلی کارکردگی کو بہتر بنانے کے دو طریقے ہیں۔ ایک بڑی ایل ای ڈی چپ کا استعمال اس علاقے کے ساتھ کرنا ہے جو ایک چھوٹی چپ (تقریبا 1 ملی میٹر 2) سے 10 گنا بڑا ہے۔ سنگل ماڈیول۔ اگرچہ ایک بڑی ایل ای ڈی چپ ایک بڑی شہتیر حاصل کر سکتی ہے، لیکن چپ کے علاقے کو بڑھانے سے نقصانات ہوں گے، جیسے چپ میں روشنی خارج کرنے والی پرت کی ناہموار برقی حد، محدود روشنی خارج کرنے والے حصے، اور چپ کے اندر پیدا ہونے والی روشنی کی سنجیدگی سے توجہ۔ جب یہ باہر کی طرف شعاع کرتا ہے۔ مندرجہ بالا مسائل کے جواب میں، ایل ای ڈی مینوفیکچررز نے الیکٹروڈ کی ساخت کو بہتر بنا کر، فلپ چپ پیکجنگ کا طریقہ اپنا کر، اور چپ کی سطح کی پروسیسنگ کی مہارتوں کو یکجا کر کے 50lm/W کی چمکیلی کارکردگی حاصل کی ہے۔
پوری چپ کی برقی مساوات کے بارے میں، جب سے دو یا تین سال پہلے کنگھی کی شکل اور جالی کی شکل والے (میش) پی قسم کے الیکٹروڈز کے نمودار ہوئے ہیں، اس طریقہ کار کو استعمال کرنے والوں کی تعداد میں مسلسل اضافہ ہوتا رہا ہے، اور الیکٹروڈز بھی اصلاح کی سمت میں ترقی کرنا۔
فلپ چپ پیکیجنگ کے طریقہ کار کے بارے میں، کیونکہ روشنی خارج کرنے والی پرت پیکج کے اختتام کے قریب ہوتی ہے، اس لیے گرمی کا اخراج آسان ہوتا ہے، اور روشنی خارج کرنے والی پرت سے روشنی کو الیکٹروڈ کے ذریعے ڈھالنے کی پریشانی کے بغیر باہر کی طرف شعاع کیا جاتا ہے۔ لہذا، امریکی Lumileds اور جاپان Toyoda Gosei نے سرکاری طور پر فلپ چپ پیکیجنگ کا طریقہ اپنایا ہے۔ 2005 میں Matsushita Electric، Matsushita Electric Works اور Toshiba، جنہوں نے بڑے پیمانے پر LEDs کی بڑے پیمانے پر پیداوار شروع کی، نے بھی اس کی پیروی کی۔ Nichia، جس نے ماضی میں وائر بانڈنگ پیکیجنگ کا استعمال کیا تھا، اور 2004 میں جاری کردہ 50lm/W کسٹمر کے لیے مخصوص LEDs نے بھی فلپ چپ پیکیجنگ کا استعمال کیا تھا۔
چپ کی سطح کی پروسیسنگ کے بارے میں، یہ چپ کے اندر سے چپ کے باہر تک روشنی کو انٹرفیس پر منعکس ہونے سے روک سکتا ہے۔ ایک جاپانی ایل ای ڈی مینوفیکچرر کے مطابق، فلپ چپ پیکنگ کرتے وقت، اگر روشنی نکالنے والے حصے پر نیلم کے سبسٹریٹ پر مقعر-محدب ڈھانچہ سیٹ کیا جاتا ہے، تو چپ کے باہر کا اخراج نہیں ہوگا۔ بیم میں 30 فیصد اضافہ کیا جا سکتا ہے۔
