LED (diod pemancar cahaya) telah menjadi tempat yang hangat untuk persaingan dalam industri strategik antarabangsa yang baru muncul. Di rantaian industri LED, hulu termasuk bahan substrat, epitaxy, reka bentuk cip dan pembuatan, bahagian tengah meliputi teknologi pembungkusan, peralatan dan teknologi ujian, dan hiliran adalah paparan LED, pencahayaan dan aplikasi lampu. Pada masa ini, proses LED phosphor biru LED digunakan terutamanya untuk merealisasikan LED berkuasa tinggi putih, iaitu, pemancar cahaya kuning YAG (yttrium aluminium garnet) fosfor kuning dipancarkan oleh sebahagian daripada biru berasaskan GaN LED, dan satu lagi bahagian cahaya biru dipancarkan melalui fosfor. Cahaya kuning yang dipancarkan oleh fosfor kuning bercampur dengan cahaya biru yang dihantar untuk mendapatkan cahaya putih. Cahaya biru yang dipancarkan oleh cip LED biru melalui fosfor kuning bersalut di sekitarnya, dan fosfor teruja oleh sebahagian cahaya biru untuk memancarkan cahaya kuning, dan spektrum cahaya biru dan spektrum cahaya kuning bertindih antara satu sama lain untuk membentuk putih cahaya.
Sebagai bahagian penting dalam rantaian industri, pembungkusan LED berkuasa tinggi adalah teknologi pembuatan teras untuk mempromosikan penggunaan praktikal lampu dan paparan semikonduktor. Hanya melalui pembangunan rintangan terma yang rendah, kecekapan tinggi dan pembungkusan LED kebolehpercayaan yang tinggi dan teknologi pembuatan, cip LED adalah perlindungan mekanikal dan elektrik yang baik, mengurangkan kesan faktor luaran mekanikal, elektrik, haba, basah dan lain-lain terhadap prestasi cip, untuk memastikan LED Kerja yang stabil dan boleh dipercayai daripada cip ini boleh memberikan pencahayaan prestasi dan prestasi paparan yang cekap dan berterusan, menyedari kelebihan penjimatan tenaga dan kelebihan jangka hayat yang LED, dan mempromosikan pembangunan semulonduktor keseluruhan yang lemah rantaian industri paparan. Memandangkan pertimbangan kepentingan pasaran oleh syarikat-syarikat berkaitan asing, teknologi teras dan peralatan berkaitan disekat. Oleh itu, sangat penting untuk membangunkan teknologi pembungkusan LED berkuasa tinggi, terutamanya peralatan pembungkusan LED putih. Artikel ini akan secara ringkas memperkenalkan status penyelidikan dan aplikasi pembungkusan LED berkuasa tinggi, menganalisis dan merumuskan isu-isu teknikal utama dalam proses pembungkusan LED berkuasa tinggi, untuk menarik perhatian rakan-rakan dalam negeri, dan berusaha mencapai autonomi teknologi tinggi dan peralatan utama LED. .
Teknologi proses pembungkusan memainkan peranan penting dalam prestasi LED. Pilihan kaedah pembungkusan LED, bahan, struktur, dan proses ditentukan terutamanya oleh faktor seperti struktur cip, ciri optoelektronik / mekanikal, aplikasi tertentu, dan kos. Dengan peningkatan kuasa, terutamanya pembangunan teknologi pencahayaan keadaan pepejal, keperluan baru dan lebih tinggi telah dikemukakan untuk struktur pakej LED optik, terma, elektrik dan mekanik. Untuk mengurangkan rintangan haba pakej dengan berkesan dan meningkatkan kecekapan cahaya, idea teknikal yang baru mesti digunakan untuk reka bentuk pakej. Dari perspektif keserasian proses dan menurunkan kos pengeluaran, reka bentuk pakej LED perlu dijalankan serentak dengan reka bentuk cip, iaitu reka bentuk pakej harus mengambil kira struktur dan proses pakej. Pada masa ini, trend pembangunan utama struktur pakej kuasa LED adalah: pengecilan saiz, meminimumkan rintangan haba peranti, penampakan planar, suhu simpang maksimum yang maksimum, memaksimumkan fluks lampu tunggal; Matlamatnya adalah untuk meningkatkan fluks bercahaya, kecekapan cahaya, dan mengurangkan cahaya. Keruntuhan, kehilangan kecekapan, memperbaiki konsistensi dan kebolehpercayaan. Khususnya, teknologi utama pembungkusan LED berkuasa tinggi termasuk: teknologi penyebaran terma, teknologi reka bentuk optik, teknologi reka bentuk struktur, teknologi salutan fosfor, dan teknologi pematerian eutektik.
1, teknologi penyejukan
Suhu nod LED purata tidak boleh melebihi 120 ° C. Malah peranti terbaru yang diperkenalkan oleh Lumileds, Nichia, CREE, dan sebagainya, suhu nod maksimum tidak dapat melebihi 1500 ° C. Oleh itu, kesan radiasi terma peranti LED pada asasnya sangat kecil, dan pengaliran haba dan perolakan adalah cara utama pelesapan haba LED. Dalam reka bentuk pelesapan haba, konduksi haba mula-mula dipertimbangkan kerana haba pertama kali dijalankan dari modul pakej LED ke sink haba. Oleh itu, bahan ikatan dan substrat adalah penghubung utama teknologi pelesapan haba LED.
Bahan ikatan terutama terdiri daripada tiga cara utama gam haba konduktif, pes perakam konduktif dan solder aloi. Pelekat konduktif terma adalah sejenis pengisi dengan kekonduksian haba yang tinggi ditambah ke dalam substrat, seperti SiC, A1N, A12O3, SiO2, dan lain-lain, dengan itu meningkatkan pengaliran habanya; pes konduktif perak adalah bahan komposit yang dibentuk dengan menambahkan serbuk perak ke dalam resin epoksi dan pengerasan pes digunakan. Suhunya secara amnya lebih rendah daripada 200 ° C, yang mempunyai kelebihan kekonduksian haba yang baik dan prestasi ikatan yang boleh dipercayai, tetapi penyerapan cahaya oleh tampalan perak adalah agak besar, mengakibatkan pengurangan kecekapan cahaya.
Substrat terutamanya termasuk tiga mod utama substrat seramik, substrat seramik dan substrat komposit. Substrat seramik adalah substrat LTCC dan substrat AIN. Substrat LTCC mempunyai banyak kelebihan seperti pengacuan mudah, proses mudah, kos rendah dan mudah untuk membuat pelbagai bentuk. Al dan Cu adalah bahan yang sangat baik untuk substrat pakej LED. Oleh kerana kekonduksian bahan logam, seringkali diperlukan untuk lulus penebatan permukaan. Anodizing untuk membentuk lapisan penebat nipis di permukaan. Komposit matriks logam terutamanya termasuk bahan komposit berasaskan Cu dan bahan komposit berasaskan Al. Occhionero et al. meneroka aplikasi AlSiC pada flip-chip, peranti optoelektronik, peranti kuasa, dan kuasa tinggi LED sink haba. Penambahan grafit pirolytik kepada AlSiC juga memenuhi keperluan untuk pelesapan haba yang lebih tinggi. Terdapat lima jenis utama substrat komposit di masa depan: bahan karbonat monolitik, komposit matriks logam, komposit berasaskan polimer, komposit karbon, dan aloi logam maju.
Di samping itu, antara muka pakej mempunyai pengaruh yang besar terhadap rintangan haba. Kunci untuk meningkatkan pakej LED adalah untuk mengurangkan antara muka dan antara muka hubungan rintangan haba dan meningkatkan pelesapan haba. Oleh itu, pemilihan bahan antara terma antara cip dan substrat haba sink sangat penting. Penggunaan suhu rendah atau solder eutektik, pes pateri atau pes konduktif dengan nano-partikel sebagai bahan antara muka terma boleh mengurangkan rintangan haba antara muka.
2, teknologi reka bentuk optik
Reka bentuk optik pakej LED termasuk reka bentuk optik dalaman dan reka bentuk optik luar.
Kunci kepada reka bentuk optik dalaman adalah pilihan dan penggunaan gam potting. Dalam pemilihan gam potting, ia perlu mempunyai transmisi cahaya yang tinggi, indeks biasan tinggi, kestabilan haba yang baik, kecairan yang baik dan penyemburan mudah. Untuk meningkatkan kebolehpercayaan pakej LED, sebatian potting juga diperlukan untuk mempunyai rendahnya hygroscopicity, tekanan rendah, suhu dan perlindungan alam sekitar. Komponen potting yang digunakan sekarang termasuk resin epoksi dan silika gel. Di antara mereka, gel silika mempunyai transmisi cahaya yang tinggi (transmisi tinggi dalam rentang yang kelihatan lebih daripada 99%), indeks biasan tinggi (1.4 hingga 1.5), kestabilan terma yang baik (boleh menahan suhu tinggi 200 ° C), dan tekanan yang rendah Modulus muda) Rendah, hygroscopicity rendah (kurang daripada 0.2%), dan lain-lain, jauh lebih baik daripada resin epoksi, digunakan secara meluas dalam pembungkusan LED berkuasa tinggi. Walau bagaimanapun, prestasi gel silika amat dipengaruhi oleh suhu ambien, yang mempengaruhi kecekapan cahaya LED dan pengedaran intensiti cahaya. Oleh itu, proses penyediaan gel silika perlu diperbaiki.
Reka bentuk optik luaran merujuk kepada penumpuan dan membentuk balok keluar untuk membentuk medan cahaya dengan pengagihan intensiti. Ini termasuk reka bentuk concentrator reflektif (optik utama) dan reka bentuk kanta membentuk (optik menengah). Untuk modul pelbagai, ia juga merangkumi pengedaran tatasusunan cip. Kanta yang biasa digunakan termasuk kanta cembung, kanta cekung, cermin sfera, kanta Fresnel, kanta gabungan, dan lain-lain. Kaedah pemasangan lensa dan LED kuasa tinggi boleh menjadi kedap udara dan separa hermetik. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan pengukuhan penyelidikan, memandangkan keperluan penyepaduan selepas pembungkusan, kanta yang digunakan untuk membentuk rasuk menggunakan pelbagai mikrolens, dan pelbagai mikrolen boleh memainkan konvergensi selari dua dimensi, membentuk, collimation, dan lain-lain dalam optik jalan. Ia mempunyai kelebihan ketepatan penjajaran yang tinggi, fabrikasi yang mudah dan boleh dipercayai, dan gandingan mudah dengan peranti planar yang lain. Penyelidikan menunjukkan bahawa penggunaan susunan microlens diffractive bukan lensa biasa atau Fresnel microlenses boleh meningkatkan kualiti balok dan meningkatkan keamatan cahaya yang dipancarkan. LED adalah teknologi baru yang paling menjanjikan untuk membentuk rasuk.
3, struktur pakej LED
Teknologi pembungkusan LED dan struktur telah memimpin, pakej kuasa, cip (SMD), cip-on-board (COB) empat peringkat.
(1) Pakej membawa LED
Pakej kaki LED menggunakan bingkai memimpin sebagai pin untuk pelbagai jenis pakej. Ia adalah struktur pakej pertama yang berjaya dibangunkan di pasaran. Pelbagai produk adalah tinggi, kematangan teknologi tinggi, dan struktur dan lapisan reflektif di dalam pakej masih diperbaiki. Ia biasanya digunakan dalam struktur pakej 3 ~ 5mm, dan biasanya digunakan untuk pakej LED dengan arus rendah (20 ~ 30mA) dan kuasa rendah (kurang daripada 0.1W). Ia digunakan terutamanya untuk paparan atau petunjuk alat, dan juga boleh digunakan sebagai skrin paparan untuk integrasi berskala besar. Kelemahannya ialah pakej mempunyai rintangan haba yang besar (umumnya lebih tinggi daripada 100K / W) dan mempunyai kehidupan yang singkat.
(2) pakej kuasa LED
Cip dan pakej LED dikembangkan ke arah kuasa tinggi. Di bawah arus tinggi, fluks bercahaya adalah 10-20 kali lebih besar daripada LED Φ5mm. Pelesapan haba yang berkesan dan bahan pembungkusan yang tidak merosakkan mesti digunakan untuk menyelesaikan masalah kerosakan ringan. Oleh itu, pakej dan pakej juga menjadi kunci. Teknologi, pakej LED yang dapat bertahan beberapa kuasa W telah muncul. 5W siri LED putih, hijau, biru, biru dan kuasa biru telah tersedia sejak awal tahun 2003. Keluaran lampu LED putih mencapai 1871m, kecekapan cahaya adalah 44.31 lm / W masalah kerosakan cahaya hijau, dan LED yang dapat menahan kuasa 10W dibangunkan. Tube; saiz adalah 2,5mm X2.5mm, boleh bekerja pada arus 5A, output cahaya sehingga 2001 lm, sebagai sumber pencahayaan yang padat mempunyai banyak ruang untuk pembangunan.
(3) pakej LED jenis gunung permukaan (SMD) (SMD)
Seawal tahun 2002, LED permukaan pakej gunung (SMDLEDs) secara beransur-ansur diterima oleh pasaran, dan memperoleh bahagian pasaran tertentu. Dari pakej plumbum ke SMD, ia sesuai dengan trend pembangunan industri elektronik keseluruhan, dan banyak pengeluar memperkenalkan produk tersebut.
SMDLED kini merupakan bahagian pasaran pembungkusan tertinggi dalam pasaran LED. Struktur pakej LED ini menggunakan proses pengacuan suntikan untuk membungkus bingkai plumbum logam dalam plastik PPA dan membentuk cermin reflektor bentuk tertentu. Bingkai plumbum logam memanjang dari bahagian bawah cermin reflektor ke sisi peranti. Palam peranti dibentuk dengan meratakan ke luar atau ke dalam. Struktur SMDLED yang lebih baik disertai dengan teknologi pencahayaan LED putih. Untuk meningkatkan penggunaan kuasa peranti LED tunggal untuk meningkatkan kecerahan peranti, jurutera mula mencari jalan untuk mengurangkan rintangan haba SMDLED dan memperkenalkan konsep sink haba. Struktur yang lebih baik ini mengurangkan ketinggian struktur SMDLED asal. Bingkai plumbum logam diletakkan terus di bahagian bawah peranti LED. Cawan reflektif terbentuk dengan menyuntik plastik di sekitar bingkai logam. Cip diletakkan pada bingkai logam. Bingkai logam disalurkan terus melalui pateri solder. Saluran pelesapan haba menegak dibentuk di papan litar. Disebabkan pembangunan teknologi bahan, teknologi pembungkusan SMD telah mengatasi masalah awal pelepasan panas dan hayat perkhidmatan, dan dapat digunakan untuk paket cip LED putih berkekuatan tinggi 1 ~ 3W.
(4) pakej COB-LED
Pakej COB secara langsung boleh membungkus pelbagai cip pada papan litar bercetak berasaskan logam MCPCB, dan secara langsung menghilangkan haba melalui substrat, yang tidak hanya mengurangkan proses pembuatan dan kos kurungan, tetapi juga mempunyai kelebihan untuk mengurangkan pelesapan haba. PCB boleh menjadi bahan FR-4 kos rendah (epoksi bertetulang gentian kaca) atau komposit berasaskan logam kekonduksian terma yang tinggi (seperti substrat aluminium atau substrat seramik tembaga bersalut tembaga). Ikatan dawai boleh dilakukan oleh ikatan thermosonic (ikatan bola wayar emas) pada suhu tinggi dan ikatan ultrasonik pada suhu biasa (kimpalan alat membosankan aluminium). Teknologi COB terutamanya digunakan untuk pembungkusan LED pelbagai arus pelbagai cip kuasa. Berbanding dengan SMD, ia bukan sahaja meningkatkan ketumpatan kuasa pakej, tetapi juga mengurangkan rintangan haba pakej (umumnya 6-12W / m · K).
Dari perspektif kos dan aplikasi, COB akan menjadi hala tuju utama reka bentuk pencahayaan masa depan. Modul LED dari pakej COB mempunyai banyak plak LED yang dipasang pada substrat. Penggunaan beberapa cip tidak hanya meningkatkan kecerahan, tetapi juga memudahkan konfigurasi rasional cip LED dan mengurangkan jumlah arus input cip LED tunggal untuk memastikan kecekapan yang tinggi. Selain itu, sumber cahaya permukaan ini boleh meluaskan luas pelesapan haba pakej, supaya haba dapat lebih mudah dilakukan ke selongsong luar. Amalan luminaire LED tradisi ialah: peranti cahaya sumber diskret LED - Modul sumber cahaya MCPCB - Luminaire LED, terutamanya berdasarkan amalan tidak menggunakan komponen sumber teras teras yang berkenaan, bukan sahaja memakan masa, tetapi juga mahal. Malah, jika anda mengambil laluan "mod lampu sumber COB - lampu LED", ia dapat menjimatkan tenaga dan masa, dan dapat menjimatkan kos pembungkusan peranti.
Singkatnya, sama ada pakej tunggal atau pakej COB modular, dari kuasa rendah hingga kuasa tinggi, struktur pakej LED direka bentuk untuk mengelakkan rintangan haba peranti, meningkatkan output cahaya dan meningkatkan kebolehpercayaan.
4, teknologi salutan fosfor
Struktur penukaran cahaya, yaitu, struktur pelapis fosfor, terutama ditujukan kepada teknologi pencahayaan cahaya putih LED, dan bertujuan untuk mengubah cahaya panjang gelombang yang lebih pendek yang dipancarkan oleh cip LED menjadi cahaya panjang gelombang yang melengkapi dengan warna pelengkap (warna putih pelengkap).
Pada masa ini, terdapat tiga cara untuk menghasilkan cahaya putih dengan menggunakan fosfor: LED biru dengan fosfor kuning; biru LED dengan fosfor merah dan hijau; UV-LED dengan fosfor merah, hijau dan biru. Di antara mereka, LED putih komersial kebanyakannya jenis cip tunggal dengan fosfor LED dan kuning biru. Kaedah generasi cahaya putih biru LED dengan fosfor merah dan hijau hanya dilaporkan dalam paten OSRAM, Lumileds, dan lain-lain, tetapi ia belum dikomersialkan. Produk muncul, dan cara UV-LED digabungkan dengan fosfor tiga warna masih dalam pembangunan.