Pokročilé zariadenia Efektívna výrobaLED (svetelná dióda) sa stala hot spot pre konkurenciu v rozvíjajúcom sa medzinárodnom strategickom priemysle. V priemyselnom reťazci LED, predradený materiál zahŕňa substrátové materiály, epitaxy, návrh čipov a výrobu, stredný rozsah pokrýva technológiu balenia, zariadenia a testovacie technológie a následný je LED displej, osvetlenie a osvetľovacie aplikácie. Modrý LED + žltý fosforový proces sa v súčasnosti používa hlavne na realizáciu vysokovýkonnej LED diódy s bielym svetlom, to znamená, že žltý fosfor, ktorý vyžaruje svetlo YAG (ytrium), vyžaruje časť modrej GaN modrej farby. LED a ďalšia časť modrého svetla je emitovaná cez fosfor. Žlté svetlo vyžarované žltým fosforom sa zmieša s preneseným modrým svetlom, aby sa získalo biele svetlo. Modré svetlo vyžarované modrým LED čipom prechádza cez žltý fosfor potiahnutý okolo neho a fosfor je excitovaný časťou modrého svetla, ktoré vyžaruje žlté svetlo a spektrum modrého svetla a spektrum žltého svetla sa navzájom prekrývajú, aby sa vytvorili biele svetlo.
Ako dôležitá súčasť priemyselného reťazca je vysoko výkonný LED obal základnou výrobnou technológiou na podporu praktického využitia polovodičového osvetlenia a displeja. Len vďaka vývoju nízkeho tepelného odporu, vysokej svetelnej účinnosti a vysokej spoľahlivosti LED balenia a výrobnej technológie, LED čip je dobre mechanická a elektrická ochrana, znižuje vplyv mechanických, elektrických, tepelných, mokrých a iných vonkajších faktorov na výkonnosť. čip, aby sa zabezpečila LED stabilná a spoľahlivá práca čipu môže poskytnúť efektívne a nepretržité vysokovýkonné osvetlenie a zobrazovacie efekty, realizovať jedinečné výhody úspory energie a dlhovekosti LED a podporovať benígny vývoj celého polovodičového osvetlenia a zobraziť priemyselný reťazec. Vzhľadom na zohľadnenie trhových záujmov zahraničných prepojených spoločností sú príslušné základné technológie a zariadenia zablokované. Preto je naliehavo potrebné vyvinúť nezávislú vysoko výkonnú LED technológiu balenia, najmä biele baliace zariadenie LED. Tento článok stručne predstaví výskumný a aplikačný stav vysoko výkonných LED obalov, analyzuje a sumarizuje kľúčové technické problémy v procese vysoko výkonných LED obalov, s cieľom pritiahnuť pozornosť domácich partnerov a usilovať sa o dosiahnutie autonómie. vysoko výkonných LED kľúčových technológií a zariadení. ,
Technológia obalového procesu hrá kľúčovú úlohu pri výkone LED. Výber metód balenia, materiálov, konštrukcií a procesov LED je primárne určený faktormi, ako je štruktúra čipov, optoelektronické / mechanické vlastnosti, špecifické aplikácie a náklady. S nárastom výkonu, najmä rozvojom technológie polovodičového osvetlenia, boli navrhnuté nové a vyššie požiadavky na optické, tepelné, elektrické a mechanické konštrukcie LED balíkov. Aby sa účinne znížil tepelný odpor obalu a zlepšila sa účinnosť svetla, musí sa pre návrh obalu prijať nová technická myšlienka. Z hľadiska kompatibility procesov a znižovania výrobných nákladov by sa mal dizajn LED balíka vykonávať súčasne s návrhom čipu, tj návrh obalu by mal brať do úvahy štruktúru a proces balenia. V súčasnosti sú hlavnými trendmi vývoja výkonovej štruktúry LED diódy: miniaturizácia veľkosti, minimalizácia tepelného odporu zariadenia, planárne záplaty, maximálna odolnosť voči výkyvom spoja, maximalizácia toku jednosmerného žiarenia; Cieľom je zvýšiť svetelný tok, efektívnosť svetla a znížiť svetlo. Strata, strata účinnosti, zlepšenie konzistencie a spoľahlivosti. Medzi kľúčové technológie vysoko výkonných LED obalov patria najmä: technológia tepelného rozptylu, technológia optického dizajnu, technológia konštrukčného dizajnu, technológia fosforového lakovania a technológia eutektického spájkovania.
1, technológia chladenia
Priemerná teplota uzla LED nesmie prekročiť 120 ° C. Dokonca aj najnovšie zariadenia, ktoré predstavili Lumileds, Nichia, CREE atď., Maximálna teplota uzla nemôže prekročiť 1500 ° C. Preto je účinok tepelného žiarenia LED zariadení v podstate zanedbateľný a vedenie tepla a konvekcia sú hlavnými spôsobmi odvádzania tepla z LED. Pri konštrukcii odvádzania tepla sa najprv uvažuje vedenie tepla, pretože teplo sa najprv vedie z modulu balenia LED do chladiča. Preto sú spojovací materiál a substrát kľúčovými článkami technológie odvádzania tepla LED.
Lepiace materiály zahŕňajú hlavne tri hlavné spôsoby tepelne vodivého lepidla, vodivej striebornej pasty a zliatiny. Tepelne vodivé lepidlo je druh plniva s vysokou tepelnou vodivosťou pridávanou do vnútra substrátu, ako je SiC, A1N, A12O3, Si02, atď., Čím sa zlepšuje jeho vedenie tepla; vodivá strieborná pasta je kompozitný materiál vytvorený pridaním strieborného prášku do epoxidovej živice a nanesenie vytvrdnutia pasty. Teplota je všeobecne nižšia ako 200 ° C, čo má výhody dobrej tepelnej vodivosti a spoľahlivého spojovacieho výkonu, ale absorpcia svetla striebornou pastou je relatívne veľká, čo má za následok zníženie účinnosti svetla.
Substrát obsahuje hlavne tri hlavné spôsoby keramického substrátu, keramického substrátu a kompozitného substrátu. Keramický substrát je hlavne LTCC substrát a AIN substrát. Substrát LTCC má mnoho výhod, ako je ľahké tvarovanie, jednoduchý proces, nízka cena a jednoduché vytváranie rôznych tvarov. Al a Cu sú vynikajúcim materiálom pre substráty LED. Vzhľadom na vodivosť kovových materiálov je často nutné prejsť povrchovú izoláciu. Eloxovanie na tenkú izolačnú vrstvu na povrchu. Kompozity s kovovou matricou zahŕňajú najmä kompozitné materiály na báze Cu a kompozitné materiály na báze Al. Occhionero a kol. preskúmala aplikáciu AlSiC na flip-chips, optoelektronických zariadeniach, napájacích zariadeniach a chladičoch LED s vysokým výkonom. Prídavok pyrolytického grafitu k AlSiC tiež spĺňa požiadavky na vyšší odvod tepla. V budúcnosti existuje päť hlavných typov kompozitných substrátov: monolitické uhlíkové materiály, kompozity na báze kovových matríc, kompozity na báze polymérov, kompozity na báze uhlíka a moderné zliatiny kovov.
Rozhranie balenia má navyše veľký vplyv na tepelný odpor. Kľúčom k zlepšeniu balíka LED je zníženie tepelného odporu kontaktov a rozhrania a zvýšenie odvádzania tepla. Preto je veľmi dôležitý výber materiálu tepelného rozhrania medzi čipom a substrátom chladiča. Použitie nízkoteplotnej alebo eutektickej spájky, spájkovacej pasty alebo vodivej pasty s nanočasticami ako materiálu tepelného rozhrania môže výrazne znížiť tepelný odpor rozhrania.
2, technológia optického dizajnu
Optický dizajn balenia LED obsahuje vnútorný optický dizajn a vonkajší optický dizajn.
Kľúčom k vnútornému optickému dizajnu je výber a aplikácia zalievacieho lepidla. Pri výbere zalievacieho lepidla sa vyžaduje vysoká priepustnosť svetla, vysoký index lomu, dobrá tepelná stabilita, dobrá tekutosť a ľahké striekanie. Aby sa zlepšila spoľahlivosť balíka LED, je potrebné, aby zalievacia hmota mala nízku hygroskopicitu, nízke napätie, teplotu a ochranu životného prostredia. V súčasnosti používané zalievacie zlúčeniny zahŕňajú epoxidovú živicu a silikagél. Z nich má silikagél vysokú priepustnosť svetla (vysoká priepustnosť vo viditeľnom rozsahu viac ako 99%), vysoký index lomu (1,4 až 1,5), dobrá tepelná stabilita (môže odolať vysokým teplotám 200 ° C) a nízke napätie ( Youngov modul) Nízka), nízka hygroskopickosť (menej ako 0,2%), atď., Výrazne lepšia ako epoxidová živica, široko používaná vo vysoko výkonných LED obaloch. Výkon silikagélu je však značne ovplyvnený teplotou okolia, ktorá ovplyvňuje účinnosť svetelného zdroja LED a distribúciu intenzity svetla. Preto je potrebné zlepšiť spôsob prípravy silikagélu.
Vonkajší optický dizajn sa vzťahuje na konvergenciu a tvarovanie výstupného lúča na vytvorenie svetelného poľa s rovnomerným rozložením intenzity. Zahŕňa najmä dizajn reflexného koncentrátora (primárna optika) a tvarovanie šošoviek (sekundárna optika). Pre moduly modulov pole zahŕňa aj distribúciu čipových polí. Bežne používané šošovky zahŕňajú konvexné šošovky, konkávne šošovky, sférické zrkadlá, Fresnelove šošovky, kombinované šošovky atď. Spôsob montáže šošoviek a vysoko výkonných LED diód môže byť vzduchotesný a polohermetický. V posledných rokoch, s prehlbovaním výskumu, s ohľadom na požiadavky na integráciu po balení, šošovka použitá na tvarovanie lúča využíva pole mikrošošoviek a pole mikrošošoviek môže hrať dvojrozmernú paralelnú konvergenciu, tvarovanie, kolimáciu atď. path. Má výhody vysokej presnosti zarovnania, pohodlnej a spoľahlivej výroby a jednoduchého spojenia s inými planárnymi zariadeniami. Výskumy ukazujú, že použitie difrakčných mikročočkových polí namiesto bežných šošoviek alebo Fresnelových mikrošošoviek môže výrazne zlepšiť kvalitu lúča a zvýšiť intenzitu emitovaného svetla. LED diódy sú najsľubnejšou novou technológiou tvarovania lúčov.
3, LED štruktúra balenia
LED technológia balenia a štruktúry boli v čele, energetický balík, čip (SMD), chip-on-board (COB) štyri fázy.
(1) Olovené LED balenie
LED pätkový balíček používa olovené rámy ako kolíky pre rôzne typy balíkov. Je to prvá konštrukcia balenia úspešne vyvinutá na trhu. Rozmanitosť výrobkov je vysoká, technologická zrelosť je vysoká a štruktúra a reflexná vrstva vnútri balenia sa stále zlepšujú. Zvyčajne sa používa v 3 ~ 5 mm konštrukcii obalu a všeobecne sa používa pre LED balíky s nízkym prúdom (20 ~ 30 mA) a nízkym výkonom (menej ako 0,1 W). Používa sa hlavne na zobrazovanie alebo zobrazovanie prístrojov a môže byť tiež použitý ako displej pre rozsiahlu integráciu. Nevýhodou je, že obal má veľký tepelný odpor (všeobecne vyšší ako 100K / W) a má krátku životnosť.
(2) Balenie LED napájania
LED čip a balík sú vyvinuté v smere vysokého výkonu. Pri vysokom prúde je svetelný tok 10-20 krát väčší ako svetelný tok mm5 mm. Účinný rozptyl tepla a nedegradujúce obalové materiály sa musia použiť na vyriešenie problému rozkladu svetla. Kľúčom je preto aj obal a obal. Vyskytla sa technológia, LED balíčky, ktoré vydržia niekoľko W energie. Biely, zelený, modrý, zelený, modrý napájací zdroj LED radu 5W sú k dispozícii od začiatku roka 2003. Biely LED svetelný výkon dosahuje hodnotu 1871 m, efektivita svetla je 44,31 lm / W. je vyvinutá. tube; veľkosť je 2,5 mm X2,5 mm, môže pracovať na 5A prúdu, svetelný výkon až 2001 lm, ako solídny zdroj osvetlenia má veľa priestoru pre rozvoj.
(3) Balenie LED typu povrchová montáž (SMD) (SMD)
Už v roku 2002 boli na trhu postupne prijímané povrchovo montované LED diódy (SMDLED), ktoré získali určitý podiel na trhu. Od hlavného balíka až po SMD, to zodpovedalo vývojovému trendu celého elektronického priemyslu a mnohí výrobcovia zaviedli takéto produkty.
SMDLED je v súčasnosti najvyšší podiel na trhu s balením na trhu s LED. Táto konštrukcia LED balíčka využíva proces vstrekovania plastov na balenie kovového oloveného rámu do plastu PPA a vytvára reflektorový pohár špecifického tvaru. Kovový olovený rám siaha od spodnej časti reflektorového pohára po stranu zariadenia. Kolíky zariadenia sú vytvorené sploštením smerom von alebo dovnútra. Zlepšená štruktúra SMDLED je doplnená o bielu LED technológiu osvetlenia. Aby sa zvýšila spotreba energie jediného LED zariadenia na zvýšenie jasu zariadenia, inžinieri začali hľadať spôsoby, ako znížiť tepelný odpor SMDLED a predstavili koncept chladiča. Táto vylepšená štruktúra znižuje výšku pôvodnej štruktúry SMDLED. Kovový olovený rám je umiestnený priamo na spodnej strane zariadenia LED. Reflexný pohár je vytvorený vstrekovaním plastu okolo kovového rámu. Čip je umiestnený na kovovom ráme. Kovový rám sa spájkuje priamo cez spájkovaciu pastu. Na obvodovej doske je vytvorený vertikálny kanál odvádzania tepla. Vzhľadom k rozvoju materiálových technológií, SMD technológia balenia prekonala skoré problémy odvádzanie tepla a životnosť, a môže byť použitý na balenie vysoko výkonné biele LED čipy 1 ~ 3W.
(4) Balenie COB-LED
Balík COB môže priamo baliť viac čipov na doske MCPCB s plošnými spojmi na báze kovu a priamo rozptýliť teplo cez substrát, čo nielen znižuje výrobný proces a náklady na konzolu, ale má tiež výhodu v znižovaní rozptylu tepla. PCB môže byť lacný materiál FR-4 (epoxid) vystužený sklenenými vláknami alebo kompozit na báze kovu s vysokou tepelnou vodivosťou alebo na báze keramiky (ako je hliníkový substrát alebo keramický substrát potiahnutý medom). Spojenie drôtu môže byť uskutočnené termosonickým spojením (spájanie guľôčky zlatého drôtu) pri vysokoteplotnej a ultrazvukovej väzbe pri normálnej teplote (zváranie vyvŕtavaním hliníka). COB technológia sa používa hlavne na LED balenie vysoko výkonných viacčipových polí. V porovnaní s SMD nielenže výrazne zvyšuje hustotu výkonu balíka, ale tiež znižuje tepelnú odolnosť balíka (všeobecne 6-12W / m · K).
Z hľadiska nákladov a aplikácie sa COB stane hlavným smerom budúceho svetelného dizajnu. LED modul COB balenia má množstvo LED čipov namontovaných na substráte. Použitie viacerých čipov nielen zlepšuje jas, ale tiež uľahčuje racionálnu konfiguráciu LED čipov a znižuje množstvo vstupného prúdu jediného LED čipu na zabezpečenie vysokej účinnosti. Navyše, tento povrchový svetelný zdroj môže značne rozšíriť oblasť odvádzania tepla obalu, takže teplo môže byť ľahšie vedené do vonkajšieho puzdra. Tradičná prax LED svietidiel je: LED svetelný zdroj diskrétne zariadenie - MCPCB svetelný zdroj modul - LED svietidlo, založené najmä na praxi nepoužívania príslušných komponentov hlavného zdroja svetla, nielen časovo náročné, ale aj nákladné. V skutočnosti, ak budete mať cestu "COB svetelný zdroj modul - LED lampa", môže ušetriť prácu a čas, a môže ušetriť náklady na balenie zariadenia.
Stručne povedané, či ide o balenie s jedným prístrojom alebo modulárny COB balík, od nízkej spotreby energie po vysokú výkonnosť, konštrukcia LED balíka je navrhnutá tak, aby sa znížil tepelný odpor zariadenia, zlepšil sa svetelný výkon a zvýšila spoľahlivosť.
4, technológia fosforového nanášania
Štruktúra premeny svetla, to znamená štruktúra s fosforovým povlakom, je zameraná hlavne na technológiu osvetlenia bielym svetlom LED a jej cieľom je previesť kratšie svetlo s vlnovou dĺžkou vyžarované LED čipom na svetlo s dlhšou vlnovou dĺžkou, ktoré dopĺňa komplementárnu farbu (biela farba). komplementárne).
V súčasnosti existujú tri spôsoby výroby bieleho svetla pomocou fosforu: modrá LED so žltým fosforom; modrá LED s červeným a zeleným fosforom; UV-LED s červeným, zeleným a modrým fosforom. Medzi nimi sú komerčné biele LED väčšinou jednočipové s modrou LED a žltým fosforom. Metóda generovania bieleho svetla modrej LED s červeným a zeleným fosforom sa uvádza len v patentoch OSRAM, Lumileds atď., Ale nebola komerčne dostupná. Výrobky sa objavujú a spôsob, akým sú UV-LED-ky kombinované s trojfarebnými fosformi, je stále vo vývoji.