LED (světelná dioda) se stala ohniskem konkurence v rozvíjejícím se mezinárodním strategickém průmyslu. V průmyslovém řetězci LED zahrnuje předřazený materiál substrátové materiály, epitaxy, návrh čipů a výrobu, střední rozsah pokrývá obalovou technologii, zařízení a zkušební techniku a následný je LED displej, osvětlení a osvětlení. Modrý LED + žlutý fosforový proces se v současné době používá především k realizaci vysoce výkonných LED diod s bílým světlem, tj. Žlutého fosilního žlutého fosforu vyzařujícího světlo YAG (yttrium hliník), který je emitován částí modře na bázi GaN. LED a další část modrého světla je emitována fosforem. Žluté světlo vyzařované žlutým fosforem se smísí s přenášeným modrým světlem, aby se získalo bílé světlo. Modré světlo vyzařované modrým LED čipem prochází žlutým fosforem, který je kolem něj obklopen, a fosfor je excitován částí modrého světla, které vyzařuje žluté světlo, a modré spektrum světla a spektrum žlutého světla se navzájem překrývají, aby se vytvořily bílé. světlo.
Jako důležitá součást průmyslového řetězce jsou vysoce výkonné LED obaly hlavní výrobní technologií na podporu praktického využití polovodičového osvětlení a displeje. Pouze prostřednictvím vývoje s nízkou tepelnou odolností, vysokou světelnou účinnost a vysokou spolehlivost LED balení a výrobní technologie, LED čip je dobře mechanická a elektrická ochrana, snížení vlivu mechanických, elektrických, tepelných, vlhkých a dalších vnějších faktorů na výkonnost ensure ensure ensure LED LED LED LED LED LED ensure stable stable stable stable ensure ensure ensure ensure ensure ensure chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip chip LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED chip. zobrazení průmyslového řetězce. Vzhledem k zohlednění tržních zájmů zahraničních spřízněných společností jsou blokovány příslušné základní technologie a zařízení. Proto je naléhavě nutné vyvinout nezávislou vysoce výkonnou LED balicí technologii, zejména bílé LED balicí zařízení. Tento článek stručně představí výzkumný a aplikační stav vysoce výkonných LED obalů, analyzuje a shrnuje klíčové technické problémy v procesu vysoce výkonných LED obalů, aby přitáhl pozornost domácích protějšků a usiloval o dosažení autonomie. vysoce výkonných LED klíčových technologií a zařízení. .
Technologie procesu balení hraje klíčovou roli při výkonu LED. Výběr metod balení, materiálů, konstrukcí a procesů LED je primárně určen faktory, jako je struktura čipů, optoelektronické / mechanické vlastnosti, specifické aplikace a náklady. S nárůstem výkonu, zejména vývojem technologie polovodičového osvětlení, byly předloženy nové a vyšší požadavky na optické, tepelné, elektrické a mechanické konstrukce LED balíčků. Aby se účinně snížil tepelný odpor obalu a zlepšila účinnost světla, musí být pro konstrukci obalu přijata nová technická myšlenka. Z hlediska kompatibility procesu a snížení výrobních nákladů by měl být design balení LED prováděn současně s konstrukcí čipu, tj. Konstrukce obalu by měla brát v úvahu strukturu a proces balení. V současné době jsou hlavní vývojové trendy výkonové struktury LED diod: miniaturizace velikosti, minimalizace tepelného odporu zařízení, planární záplaty, maximální odolnost vůči výkyvům spoje, maximalizování toku lampy; Cílem je zvýšit světelný tok, účinnost světla a snížit světlo. Rozpad, ztrácí účinnost, zlepšuje konzistenci a spolehlivost. Mezi klíčové technologie vysoce výkonných LED obalů patří zejména: technologie tepelného rozptylování, technologie optického designu, technologie konstrukčního návrhu, technologie fosforového lakování a technologie eutektického pájení.
1, technologie chlazení
Průměrná teplota uzlu LED nesmí překročit 120 ° C. Dokonce i nejnovější zařízení, která zavedla společnost Lumileds, Nichia, CREE atd., Nesmí maximální teplota uzlu překročit 1500 ° C. Tepelný radiační efekt LED zařízení je proto v podstatě zanedbatelný a vedení tepla a konvekce jsou hlavními způsoby odvádění tepla LED. V konstrukci odvádění tepla je nejprve uvažováno vedení tepla, protože teplo je nejprve vedeno z modulu modulu LED do chladiče. Proto jsou spojovací materiál a substrát klíčovým článkem technologie odvádění tepla LED.
Spojovací materiály zahrnují hlavně tři hlavní způsoby tepelně vodivého lepidla, vodivé stříbrné pasty a slitiny. Tepelně vodivé lepidlo je druh plniva s vysokou tepelnou vodivostí přidanou do vnitřku substrátu, jako je SiC, A1N, A12O3, Si02, atd., Čímž se zlepšuje jeho vedení tepla; vodivá stříbrná pasta je kompozitní materiál vytvořený přidáním stříbrného prášku do epoxidové pryskyřice a vytvrzování pasty. Teplota je obecně nižší než 200 ° C, což má výhody dobré tepelné vodivosti a spolehlivého spojovacího výkonu, ale absorpce světla stříbrnou pastou je relativně velká, což vede ke snížení účinnosti světla.
Substrát zahrnuje hlavně tři hlavní způsoby keramického substrátu, keramického substrátu a kompozitního substrátu. Keramický substrát je hlavně LTCC substrát a AIN substrát. Substrát LTCC má mnoho výhod, jako je snadné tvarování, jednoduchý proces, nízká cena a snadné vytváření různých tvarů. Al a Cu jsou vynikající materiály pro substráty pro balení LED. Vzhledem k vodivosti kovových materiálů je často nutné projít povrchovou izolací. Eloxování tvořící tenkou izolační vrstvu na povrchu. Kovové matricové kompozity zahrnují zejména kompozitní materiály na bázi Cu a kompozitní materiály na bázi Al. Occhionero et al. zkoumala aplikaci AlSiC na flip-chips, optoelektronických zařízeních, výkonových zařízeních a chladičích s vysokým výkonem LED. Přidání pyrolytického grafitu do AlSiC rovněž splňuje požadavky na vyšší odvod tepla. V budoucnu existuje pět hlavních typů kompozitních substrátů: monolitické uhlíkaté materiály, kompozity s kovovou matricí, kompozity na bázi polymerů, uhlíkové kompozity a pokročilé kovové slitiny.
Rozhraní obalu má navíc velký vliv na tepelný odpor. Klíčem ke zlepšení balení LED je snížení tepelného odporu kontaktů a rozhraní a zvýšení odvádění tepla. Proto je velmi důležitý výběr materiálu tepelného rozhraní mezi čipem a substrátem tepelné jímky. Použití nízkoteplotní nebo eutektické pájky, pájecí pasty nebo vodivé pasty s nanočásticemi jako materiál tepelného rozhraní může značně snížit tepelný odpor rozhraní.
2, technologie optického designu
Optický design balení LED obsahuje vnitřní optický design a vnější optický design.
Klíčem k vnitřnímu optickému designu je volba a použití zalévacího lepidla. Při volbě zalévacího lepidla je nutné mít vysokou propustnost světla, vysoký index lomu, dobrou tepelnou stabilitu, dobrou tekutost a snadné stříkání. Aby se zlepšila spolehlivost balení LED, je také zapotřebí, aby zalévací směs měla nízkou hygroskopičnost, nízkou zátěž, teplotu a ochranu životního prostředí. V současnosti používané zalévací sloučeniny zahrnují epoxidovou pryskyřici a silikagel. Mezi nimi má silikagel vysokou propustnost světla (vysoká propustnost ve viditelném rozsahu více než 99%), vysoký index lomu (1,4 až 1,5), dobrá tepelná stabilita (odolává vysokým teplotám 200 ° C) a nízké napětí ( Youngův modul) Nízká), nízká hygroskopičnost (méně než 0,2%), atd., Výrazně lepší než epoxidová pryskyřice, široce používaná ve vysoce výkonných LED obalech. Výkon silikagelu je však značně ovlivněn okolní teplotou, která ovlivňuje účinnost světla LED a rozložení intenzity světla. Proto je třeba zlepšit způsob přípravy silikagelu.
Vnější optický design se týká konvergence a tvarování výstupního paprsku za vzniku světelného pole s rovnoměrným rozložením intenzity. Jedná se především o reflexní design koncentrátoru (primární optika) a tvarování objektivu (sekundární optika). Pro moduly pole také zahrnuje distribuci čipových polí. Běžně používané čočky zahrnují konvexní čočky, konkávní čočky, sférická zrcadla, Fresnelovy čočky, kombinované čočky atd. Způsob montáže čoček a vysoce výkonných LED může být vzduchotěsný a polohermetický. V posledních letech, s prohloubením výzkumu, s ohledem na požadavky na integraci po balení, používá objektiv používaný pro tvarování paprsků pole mikročoček a pole mikročoček může v optickém poli hrát dvojrozměrnou paralelní konvergenci, tvarování, kolimaci atd. cesta. Má výhody vysoké přesnosti vyrovnání, pohodlné a spolehlivé výroby a snadné propojení s jinými planárními zařízeními. Výzkum ukazuje, že použití difrakčních mikročočkových polí místo běžných čoček nebo Fresnelových mikročoček může výrazně zlepšit kvalitu paprsku a zvýšit intenzitu emitovaného světla. LED diody jsou nejslibnější novou technologií pro tvarování paprsku.
3, LED konstrukce
LED technologie balení a konstrukce byly v čele, energetický balíček, čip (SMD), čip-on-board (COB) čtyři fáze.
(1) Vedení LED diody
LED patkový balíček používá olověné rámečky jako kolíky pro různé typy balení. Jedná se o první strukturu balení úspěšně vyvinutou na trhu. Rozmanitost produktů je vysoká, vyspělost technologie je vysoká a struktura a reflexní vrstva uvnitř balení se stále zlepšují. Obvykle se používá ve struktuře balení 3 ~ 5 mm a obecně se používá pro balení LED s nízkým proudem (20 ~ 30 mA) a nízkým výkonem (méně než 0,1 W). Používá se především pro zobrazování přístrojů nebo indikaci a může být také použit jako displej pro rozsáhlou integraci. Nevýhodou je, že obal má velký tepelný odpor (obecně vyšší než 100K / W) a má krátkou životnost.
(2) Balení LED napájení
LED čip a balení jsou vyvíjeny ve směru vysokého výkonu. Pod vysokým proudem je světelný tok 10-20krát větší než světelný tok Φ5 mm. Účinný odvod tepla a nedegradující obalové materiály musí být použity k vyřešení problému rozkladu světla. Klíčem je tedy balíček a balíček. Technologie, LED balíčky, které vydrží několik W energie se objevily. Od začátku roku 2003 jsou k dispozici bílé, zelené, modré zelené modré LED diody o výkonu 5W. Bílý LED světelný výkon dosahuje hodnoty 1871 m, světelný výkon je 44,31 lm / W. je vyvinut. Trubka; velikost je 2,5 mm X2,5 mm, může pracovat na 5A proudu, světelný výkon až do 2001 lm, jako pevný zdroj osvětlení má mnoho prostoru pro rozvoj.
(3) Balení LED typu SMD (Surface Mount)
Již v roce 2002 byly na trhu postupně přijímány povrchové montované LED diody (SMDLED), které získaly určitý podíl na trhu. Od vedoucího balíčku k SMD, to odpovídalo trendu vývoje celého elektronického průmyslu, a mnoho výrobců představilo takové produkty.
SMDLED je v současné době nejvyšším podílem na trhu s obaly na trhu s LED. Tato konstrukce LED balení používá proces vstřikování, který zabalí kovový olověný rám do plastu PPA a vytvoří reflektorový šálek specifického tvaru. Kovový olověný rám se rozprostírá od spodní části odrážeče k straně zařízení. Kolíky zařízení jsou vytvořeny zploštěním směrem ven nebo dovnitř. Zdokonalená struktura SMDLED je doplněna bílou osvětlovací technologií LED. Aby se zvýšila spotřeba energie jediného LED zařízení pro zvýšení jasu zařízení, inženýři začali hledat způsoby, jak snížit tepelný odpor SMDLED a představili koncept chladiče. Tato vylepšená struktura snižuje výšku původní struktury SMDLED. Kovový olověný rám je umístěn přímo na spodní straně zařízení LED. Reflexní pohár je tvořen vstřikováním plastu kolem kovového rámu. Čip je umístěn na kovovém rámu. Kovový rám je pájen přímo pájecí pastou. Na desce s plošnými spoji je vytvořen vertikální kanál pro odvod tepla. Vzhledem k vývoji materiálů technologie, SMD technologie balení překonat dřívější problémy s odvodem tepla a životnost, a mohou být použity k balení vysoce výkonné bílé LED čipy 1 ~ 3W.
(4) COB-LED balení
Balíček COB může přímo zabalit více čipů na desce s plošnými spoji MCPCB na bázi kovu a přímo rozptýlit teplo substrátem, což nejenže snižuje výrobní proces a náklady na konzolu, ale také má výhodu v redukci odvádění tepla. PCB může být cenově výhodný materiál FR-4 (epoxid) vyztužený skleněnými vlákny nebo kompozit na bázi kovu s vysokou tepelnou vodivostí nebo keramickým základem (jako je hliníkový substrát nebo keramický substrát potažený mědí). Spojení vodičů může být provedeno termosonickým spojováním (lepení kuličkami zlatého drátu) při vysokoteplotní a ultrazvukové vazbě při normální teplotě (svařování nástrojem pro vyvrtávání hliníku). COB technologie se používá hlavně pro LED balení vysoce výkonných čipových polí. Ve srovnání s SMD nejenže výrazně zvyšuje hustotu výkonu balení, ale také snižuje tepelný odpor balení (obvykle 6-12W / m · K).
Z hlediska nákladů a aplikace se COB stane hlavním proudem budoucího světelného designu. LED modul COB balení má množství LED čipů namontovaných na substrátu. Použití více čipů nejen zlepšuje jas, ale také usnadňuje racionální konfiguraci LED čipů a snižuje množství vstupního proudu jednoho LED čipu pro zajištění vysoké účinnosti. Navíc, tento povrchový světelný zdroj může značně rozšířit oblast odvádění tepla balíku, takže teplo může být snadněji vedeno k vnějšímu pouzdru. Tradiční LED svítidlo je: LED zdroj světla diskrétní zařízení - MCPCB světelný zdroj modul - LED svítidlo, založené zejména na praxi nepoužívají příslušné komponenty jádra světelného zdroje, a to nejen časově náročné, ale také nákladné. Ve skutečnosti, pokud budete mít cestu "COB zdroj světla modul - LED lampy", může ušetřit práci a čas, a může ušetřit náklady na balení zařízení.
Stručně řečeno, ať už se jedná o balíček s jedním přístrojem nebo modulární balíček COB, od nízkého výkonu po vysoký výkon, konstrukce balíčku LED je navržena tak, aby snížila tepelný odpor zařízení, zlepšila světelný výkon a zvýšila spolehlivost.
4, technologie fosforového nátěru
Struktura pro přeměnu světla, tj. Struktura s fosforovým povlakem, je zaměřena především na technologii osvětlení LED s bílým světlem a jejím cílem je převést kratší vlnovou délku světla vyzařovaného LED čipem na světlo s delší vlnovou délkou doplňující komplementární barvu (bílá barva). komplementární).
V současné době existují tři způsoby výroby bílého světla pomocí fosforu: modrá LED se žlutým fosforem; modrá LED s červeným a zeleným fosforem; UV-LED s červenými, zelenými a modrými fosfory. Mezi nimi jsou komerční bílé LED většinou jednočipové s modrou LED a žlutým fosforem. Způsob generování bílého světla modré LED s červeným a zeleným fosforem je uveden pouze v patentech OSRAM, Lumileds atd., Ale nebyl komerčně dostupný. Objevují se produkty a způsob, jakým jsou UV-LED diody kombinovány s tříbarevnými fosfory, je stále ve vývoji.