常见的几款LED灯珠做分析和对比

这里就目前常用的几款贴片白光LED的优劣做个比较。主要是下列几种封装形式的 LED：3528、3014、2835、5630。几款 LED 的外观结构见图1，3528灯珠、3014灯珠、2835灯珠、5630-1、5630-2

图 1.本文讨论的几种白光贴片封装5630 的封装结构有两种形式，如上图，这里以“-1”、“-2”来区分。国内的封装厂基本上是“1”形封装。采用“2”形封装的主要是韩国 LG。

1、散热方面比较

1.1 LED封装

LED灯珠的散热状况测试比较表 1 是几款贴片LED 的测试结果。3528、2835、3104 均焊接在相同设计的 PCB 上，工作电流均为30mA，两款 5630 也是采用相同的 PCB，工作电流是 150mA。表中有“ a”后缀的表示采用了更好的散热措施。

电压差

V  3.2333.2363.2613.1533.1963.1233.2513.107

V  3.1993.2023.2313.1123.0493.0263.1873.076

V  0.034  0.0340.0300.0410.1470.097  0.064  0.03

测试的目的主要是考察比较这些 LED 的结温，以此来比较那种 LED 的散热好，那种不好。结温是不能直接用温度ω计测试的，通常是根据半导体物理的理论，PN 结的电压与温度有着线性的关系，以此采用电压法来测试计算结温。

限于本人测试的条件，虽然测试了上述几款 LED 的电压温度系数 K 值，但是由于数值的准确度不致引起误导，这里就不给出具体的 K 值数据了。只给出相互比较□　的趋势。从本人测试的几款 LEDK 值数据看，有着很明显的趋势，数值由大到小的顺序是：

K3528＞  K2835＞  K3014＞  K5630

从表 1 的电压差大小就可以基本反映结温的变化大小。虽然看来 2835 的电压差比 3528 的要小，但是它的 K 值小，实际结◆温还是比 3528 要高 2℃左右。

5630则不能简单地跟其它几款贴片LED 相比较，因为它的K值比其它的要小很多，跟最低的3014 相比还要小20％。而且它的工作电流是150mA，所以，5630 的结温要高很多。我们只能是在两种5630 结构之间进行比较。从表1 的数据可以看到， 5630-1 型封装的散热要比5630-2 型封装¤要差很多。根据 K 值计算结温，两者的结温相差达到 20℃以上。

1.2常见的贴片LED灯珠的应用分析

根据上节的测试比较，可以看到，5630封装结构的结温要远远高于其它『几种封装的结温。由此可以推断，5630 的寿命和可靠性要低。注意，知识针对目前 5630 型封装的额定电流情况（通常厂家给出的是 120mA 或 150mA）。如果这种封装的额定电流规为 20mA 或 30mA，则另当别论。

从测试的结果看，在 3528、3014 和 2835 中，被认为散热最█不好的 3528 封装，实际上是最好的。3014 和 2835 的封装结构，与 3528 相比，并不是它们额定电流大小决定了结温高，因为测试是采用了相同的电流。并且测试中采用的 3528 还是额定▼电流 20mA 芯片的产品，用 30mA 来测试，已经是超负荷工作了，依然表现出比额定电流 30mA 芯片的 3014 及额定电流60mA 芯片的 2835 要好的性能。由此可以推断，同样是 30mA 下工作，3014 的散〖热能力不如 3528，其寿命』和可靠性也就差。而2835，若只是设计用来在30mA 下工作，性能←基本接近3528。但实际上它的额定电流是 60mA，这样，实际产品的寿命和可靠性相对 3528 就很差了。

注意，这里用20mA 的 3528 工作在 30mA 与其它LED 比较，并不是让大家简单地用额定电流20mA 的产品直接采用 30mA 来使用，因为这样会造成色温的变化和正向电压◣的增大。本测试对比表明，如果 3014 可以工作在 30mA，那么用 3528 封装也可以采用 30mA 的芯片及工艺来封装以工作在30mA。当然，这里只是从热的方面来考虑，光的方面还需考虑。看问题要全ぷ面，不可一叶障目。一方面的好，并不能代表整体好，需要全盘考虑。

2、光学方面比较

这里的光学比较，仅仅是以 LED 自身特性考虑。3014 的推出，主要是想替代 352。推出它的√理由是：体积小，散热比 3528好。还没有注重宣导它的出光方面的优势。而2835 的推出，则还注重地宣传它出光面大的优势。同样，5630则是比较强调了它的出光面更大。封装厂家宣传称，出光面大，在管灯和球泡灯等的应用中，可以解决暗▃斑问题。是否如此？必须实◤验验证。其 实 ， 我们看看这几款贴片LED归一化光强150 180的规格、或实际测★试看看，就会发现，它们的额定视角都是相同的——120 度。图2 是几款贴片LED的长、宽方向的光强分布。为了便于比较，图中的曲线图：

常见的贴片LED灯珠光束角比较

5630宽度方向线做了适当的位移，将左边 50％光强的点移到一起，这样从右边50％光强点就可以清楚比较光束〗角的大小。为了看得更清楚，将图 2 中画圈的部分进行放大示于。从图 2 和图 3中可以看到，发光面最小的 3014 似乎有最大的光束角，而发光面最大的 5630 却有着最小的光束角。而且还可以看到，这几款贴片LED，长度方向ξ　的光束角并没有比△宽度方向有优势，甚至像 5630（方芯片）、3014，宽度方向的光束角明显大于长度方向的光束角。在小于 60 度的范围内，2835 宽度方向的光束角也明显大于长度方向的光束角。上面的◎测试结果，是不是让人大跌眼镜？在这个数据比较出来之前，人们都认●为：

a.长度方向的出光角度大。

b.出光表面大，所以照得更宽。所以都认为用 5630 比 3528、3014 更能解决暗斑问题。

现在看来，上述看法都是想当然的。出光面大，不能代表光束角大。

根据上述比较，可以看到，不能用5630 简单地替代3528、3014 来解决管灯的暗斑问题。对于同样的 LED 间距，5630 比 3528、3014 等会有更严重的暗斑问题！为◥什么出光面大，光束角却没有增大，甚至减小？为什么长度方向的光束角还小于宽度方向的光束角？这些问题的的分析有些复杂。白光 LED 胶体中的荧光粉颗粒、胶体表面的平整度、粗糙度、壳体的侧壁反光、芯片的尺寸等因素，都会有影响。事实已经摆在眼前，不容否认，只能是用理论来分析、解释。这对设计 LED 支架结构的人来说，应该是很重要的课题。但对应用 LED 的人来说，则可不必考虑。当然。有兴趣的也可以自己去研究一下。

图 4 是 3528 和 5630 光斑状况的比较。两种 LED 之间的距离是相同的，改变 LED 到光罩的距离，可以看到，当着光斑（两束光之间的暗区）基本消失时，它们都有着同等的距离。并不会因为5630的出光面大而可以有更近的距离。这个实验表明，在做管灯时，同样的灯具，不能因为5630 的表面大而增大LED 的距离来减少 LED 的数量。要没有光斑，5630 和 3528 的使用数量是相同的。这样使用 5630 的成本就太高了。因此，要用 5630 来做管灯，灯具结№构必须改变。这样改进结构的产品已经面市了，大家有机会看到就明白了。解决暗斑问题，可以采取如下措施：

a.减小 LED 的间距。这样，对某些灯具来讲，会增加 LED 的数量。

b.适当增大 LED 到扩散罩的距离。适当的距离已可以解决光般问题，过大的距离则会带来其它问题。

c.更改ξ灯具的结构，以满足既增大LED 的间距，又增大 LED 到扩散罩的距离。当然，对透明罩则不需考虑这些问题。

3、常见的贴片LED灯珠比较结果

根据上面的测试结果，可以对这几款封装的 LED 做个评价。

3014——除非对体积有要求

3528——该封装体的散热还是不错的。

2835——与 3528 相比，2835可塑性比较高ζ　，稳定性稍微比3528低

5630-1——这是失败的封装设计。

5630-2——相对 5630-1 封装，散热能力强很多，衍生出5730灯珠

从散热的角度看，3528 比较好。根据一些初步的测试，3528 封装的工作电流『可以拓展到 40～60mA。传统 3528 的高度较高，现在已有薄型的 3528 封装 3014 产品——除非设计的灯具非常小，允许的 PCB 尺寸非常小。

5630封装，若采用图 1 中的 5630-2 型，最大工作电流应该在 120mA 为宜。用到 150mA，需要很好的散热装置，否则，结温很容易超过70℃。至于5630-1型封装，最大工作电流应该在100mA以下为宜。

2835从成本上看，不可与 3528 相比拟，2835的小乔︽稳定，高光效使得其运用越来越广泛，现在如今已开发致0.5W 1W 1.5W功率

没有对 5630 和小尺寸的封装做比较，因为没有实际意义，不可能用 5630 在 30mA 以下来用。

4.对贴片封装 LED 改进〓的建议

3014 和 2835 型封装的散热效果所以不如预期，在于它们热沉设计的不合理。从理论上讲，这样的设计思路是对的。但是，为了追求小型化、超薄形，达到的结果确实是不好的。影响←热阻的因素，不仅仅在于一个纵向的薄，还需要横向的宽。这方▅面的问题我在“导热系数和热阻的实际应用”【1】

一文中讲过。我们来说明如何改进贴片封装结构。

图 5、图 6 是两款 1W 级封装的 LED，图 7、图 8 分别是这两╲款 LED 的截面示意图。图 9 是它们在实际使用时，热流的传导示意图。请特别注意一下它们的铜底座尺寸。这些尺寸的设计对散热非常重要。通过实际测试，这两款LED相比，图 6 的 LED芯片温度要〒远低于图 5 的 LED。虽然从LED结封装结构看，似乎图 5 的 LED 的芯片到热沉底部的热阻小，但是当接散热→器时，铝散热器的导热能力比铜小的多，热量不容易横向散开，除非是铜散热器，这样就和图6的结构类似了，而这实际上就反过来证明了图 6 的散热卐要好了。图8的结构，散热铜底座较厚，但是横向比较大，芯片的热量可以很快横向散开。

相比起来，图6 的LED结构中与图 5 结构相应点的热流密度都要低，参看图 9，实※际热阻其实还要小。

这个例子说明，封装体的热沉不能仅仅依靠减薄来减小热阻，它需要一定↙的宽度和厚度。宽度增大，而厚度很薄的话，横向热阻依然会大。实际上，像 3014 和 2835，以及 5630 这样的封◣装，所以散热不好，就是因为封装热沉接触的 PCB 覆铜厚度很薄。除非将 PCB 的∏覆铜做到 0.5～1mm 厚。这是不可能的，成本上不允许。所以，从实际应用的角度看，要减小热阻，只有将封装体的热沉做得适当的大和厚。封装厂不能只考虑自身Ψ 的成本问题。像3014、2835 及5630 这样的封装，散热宣传封装热阻很小，但在实际应用中反倒会造◤成系统的热阻增大。很多人只是从表面现象、孤立地来看问题，这很不好。

由于 LED 封装体热沉设计的不合理，芯片热量不容易导出到外部。只有通过加大散热器，增加外部散热能。适当降低散热器外↓端的温度，也可以适当增加传热量。但是，一方面，散热器增加到一定程度，由于热阻等因素，散热的能力将受到限制，另一方面，重量和成本大大增加，体积也∞大大增加。而如果封装上增加一点成本，加大、加厚热沉，能够将芯片的热量很好沿横向导出，扩散到 PCB 的覆铜，覆铜的热再①传导到散热器上，覆铜还可以有加大的面积辐射散热，系统的热阻就有效减小。这样实际上可以有效减小铝散热器。对某些灯具，设计的合理，甚至可以省去铝制翅片散热器。总体成本【和体积反倒可以减小。在出光方面，放置芯片的槽，侧壁要尽量低一些。胶体表面也不要呈现凹面。