LED (светоизлъчващ диод) се превърна в гореща точка за конкуренция в развиващата се международна стратегическа индустрия. В промишлената верига за светодиоди, възходящата верига включва субстратни материали, епитаксия, проектиране и производство на чипове, средният обхват обхваща технологията на опаковката, оборудването и технологията за изпитване, а надолу по веригата са LED дисплеи, осветление и осветление. В момента, синият светодиод + жълт фосфор процес се използва главно за реализиране на бяла светлина с висока мощност LED, т.е. жълта светлоизлъчваща YAG (итриев алуминиев гранат) жълт фосфор се излъчва от част от базираната на GaN синя светлина LED, а друга част от синята светлина се излъчва през фосфора. Жълтата светлина, излъчена от жълтия фосфор, се смесва с предаваната синя светлина, за да се получи бяла светлина. Синята светлина, излъчвана от синия светодиоден чип, минава през жълтия фосфор, покрит с него, а фосфорът се възбужда от част от синята светлина, за да излъчва жълта светлина, а синият светлинен спектър и спектъра на жълтата светлина се припокриват, за да образуват бяло. светлина.
Като важна част от индустриалната верига, мощните LED опаковки са основната производствена технология, която насърчава практическото приложение на полупроводниковото осветление и дисплей. Само чрез развитие на ниска топлинна устойчивост, висока светлинна ефективност и висока надеждност на светодиодни опаковки и технология за производство, LED чип е добре механична и електрическа защита, намаляване на въздействието на механични, електрически, топлинни, мокри и други външни фактори. чип, за да се гарантира, че LED стабилна и надеждна работа на чип може да осигури ефективни и непрекъснато висока ефективност на осветление и ефекти на дисплея, реализиране на уникални енергоспестяващи и дълготрайни предимства на LED, и насърчаване на доброто развитие на целия полупроводникови осветление и промишленост на веригата. С оглед на пазарните интереси на чуждестранни свързани дружества, основните технологии и оборудване са блокирани. Затова е спешно да се разработи независима високомощна светодиодна опаковъчна технология, особено бяла светодиодна опаковъчна техника. Тази статия ще представи накратко изследванията и статуса на приложение на високомощните LED опаковки, анализира и обобщи основните технически въпроси в процеса на високомощни LED опаковки, за да привлече вниманието на местните партньори и да се стреми да постигне автономия на мощни LED технологии и оборудване. ,
Технологията на процеса на опаковане играе решаваща роля в работата на LED. Изборът на LED методи за опаковане, материали, структури и процеси се определя предимно от фактори като структура на чипа, оптоелектронни / механични характеристики, специфични приложения и цена. С увеличаването на мощността, особено при разработването на твърдотелни осветителни технологии, бяха предложени нови и по-високи изисквания за оптичните, термичните, електрическите и механичните структури на LED пакети. С цел ефективно намаляване на топлинната устойчивост на опаковката и подобряване на ефективността на светлината, трябва да се приеме нова техническа идея за дизайна на опаковката. От гледна точка на съвместимостта на процесите и намаляване на производствените разходи, дизайнът на пакета LED трябва да се извършва едновременно с дизайна на чипа, т.е. дизайнът на опаковката трябва да отчита структурата и процеса на опаковката. В момента основните тенденции в развитието на структурата на силовите светодиодни пакети са: миниатюризация на размера, минимизиране на топлинното съпротивление на устройството, равнинно кръстосване, максимална издържана температура на свързване, максимизиране на потока с една лампа; Целта е да се увеличи светлинният поток, ефективността на светлината и да се намали светлината. Разлага, губи ефективност, подобрява последователността и надеждността. По-конкретно, ключовите технологии на високомощните светодиодни опаковки включват: технология за топлинна дисперсия, оптична технология за проектиране, технология за структурно проектиране, технология за нанасяне на фосфор и технология за евтектично спояване.
1, технология за охлаждане
Средната температура на светодиодния възел не може да надвишава 120 ° C. Дори и най-новите устройства, въведени от Lumileds, Nichia, CREE и др., Максималната температура на възела не може да надвишава 1500 ° C. Ето защо, ефекта на топлинното лъчение на LED устройствата е пренебрежимо малък, а топлопроводимостта и конвекцията са основните начини за разсейване на топлината на светодиодите. При проектирането на разсейването на топлината, първо се разглежда топлопроводимостта, тъй като топлината първо се провежда от модула за LED пакет към радиатора. Следователно, свързващият материал и субстратът са ключовите звена на технологията за разсейване на топлина от LED.
Свързващите материали включват главно три основни начина на термично проводим лепило, проводима сребърна паста и сплав за спояване. Топлопроводимото лепило е вид пълнител с висока топлопроводимост, добавена към вътрешността на субстрата, като SiC, A1N, A12O3, SiO2 и т.н., като по този начин се подобрява неговата топлинна проводимост; проводимата сребърна паста е композитен материал, образуван чрез добавяне на сребърен прах в епоксидната смола, и се прилага втвърдяване на пастата. Температурата обикновено е по-ниска от 200 ° С, която има предимствата на добра топлопроводимост и надеждни свързващи характеристики, но абсорбцията на светлина от сребърната паста е относително голяма, което води до намаляване на ефективността на светлината.
Субстратът включва главно три основни режима на керамична подложка, керамична подложка и композитна подложка. Керамичният субстрат е основно LTCC субстрат и AIN субстрат. Подложката LTCC има много предимства като лесно формоване, прост процес, ниска цена и лесна за изработване на различни форми. Al и Cu са отлични материали за подложки за LED пакет. Поради проводимостта на метални материали, често е необходимо да се премине повърхностната изолация. Анодиране за образуване на тънък изолиращ слой на повърхността. Металоматричните композитни материали включват предимно композитни материали на базата на Cu и композитни материали на базата на Al. Occhionero et al. изследва приложението на AlSiC върху флип-чипове, оптоелектронни устройства, енергийни устройства и мощни LED радиатори. Добавянето на пиролитичен графит към AlSiC също отговаря на изискванията за по-голямо разсейване на топлината. В бъдеще съществуват пет основни типа композитни субстрати: монолитни въглеродни материали, метални матрични композити, полимерни композити, въглеродни композити и модерни метални сплави.
В допълнение, интерфейсът на пакета има голямо влияние върху термичното съпротивление. Ключът към подобряването на LED пакета е да се намали термичното съпротивление на интерфейса и контактния интерфейс и да се увеличи разсейването на топлината. Следователно, изборът на термичен интерфейсен материал между чипа и подложката на радиатора е много важен. Използването на нискотемпературен или евтектичен спойка, спояваща паста или проводима паста с наночастици, тъй като термичният интерфейсен материал може значително да намали термичното съпротивление на интерфейса.
2, оптична технология за проектиране
Оптичният дизайн на LED пакета включва вътрешен оптичен дизайн и външен оптичен дизайн.
Ключът към вътрешния оптичен дизайн е изборът и приложението на залепващото лепило. При избора на залепващо лепило се изисква висока пропускливост на светлина, висок коефициент на пречупване, добра термична стабилност, добра течливост и лесно пръскане. За да се подобри надеждността на LED пакета, се изисква също така съединението за запечатване да има ниска хигроскопичност, ниско напрежение, температура и защита на околната среда. Използваните в момента хидравлични съединения включват епоксидна смола и силикагел. Сред тях силикагелът има висока пропускливост на светлина (висока пропускливост във видимия диапазон от над 99%), висок коефициент на пречупване (1.4 до 1.5), добра термична стабилност (може да издържа на високи температури от 200 ° C) и ниско напрежение ( Млад модул) Ниска), ниска хигроскопичност (по-малко от 0.2%) и т.н., значително по-добра от епоксидната смола, широко използвана във високомощните LED опаковки. Въпреки това, производителността на силикагел е силно повлияна от температурата на околната среда, която влияе на ефективността на LED светлината и разпределението на интензитета на светлината. Следователно, процесът на приготвяне на силикагел трябва да бъде подобрен.
Външният оптичен дизайн се отнася до сближаването и оформянето на изходящия лъч, за да се образува светло поле с равномерно разпределение на интензитета. Той включва предимно дизайн на отражателния концентратор (първична оптика) и оформящ дизайн на лещите (вторична оптика). За масивните модули, тя включва и разпределението на чиповите масиви. Обикновено използваните обективи включват изпъкнали лещи, вдлъбнати лещи, сферични огледала, лещи Fresnel, комбинирани лещи и др. Методът на сглобяване на лещи и мощни светодиоди може да бъде херметичен и полухерметичен. През последните години, с задълбочаването на изследванията, като се имат предвид изискванията за интеграция след опаковането, използваната за оформяне на лъча леща използва масив от микроленти, а решетката на микролентите може да играе двуизмерна паралелна конвергенция, оформяне, колимация и т.н. път. Той има предимствата на висока прецизност на подравняването, удобно и надеждно производство и лесно свързване с други равнинни устройства. Изследванията показват, че използването на дифракционни микроленти вместо обикновени лещи или микролещи на Fresnel може значително да подобри качеството на лъча и да увеличи интензивността на излъчваната светлина. Светодиодите са най-обещаващата нова технология за оформяне на лъча.
3, LED пакет структура
LED опаковъчна технология и структура са начело, енергиен пакет, чип (SMD), чип-борд (COB) четири етапа.
(1) Оловен светодиоден пакет
Светодиодният пакет за крака използва олово като оси за различни видове опаковки. Това е първата структура на пакета, успешно разработена на пазара. Разнообразието от продукти е високо, технологичната зрялост е висока, а структурата и отразяващият слой вътре в опаковката все още се подобряват. Обикновено се използва в структурата на пакета от 3 до 5 мм и обикновено се използва за LED пакети с нисък ток (20 ~ 30mA) и ниска мощност (по-малко от 0.1W). Той се използва главно за дисплей или индикация на инструменти и може да се използва като екран за широкомащабна интеграция. Недостатъкът е, че опаковката има голяма термична устойчивост (обикновено по-висока от 100K / W) и има кратък живот.
(2) Пакет LED за захранване
Светодиодният чип и пакетът са разработени в посока на висока мощност. При висок ток светлинният поток е 10-20 пъти по-голям от този на mm5mm LED. Ефективното разсейване на топлината и неразграждащите се опаковъчни материали трябва да се използват за решаване на проблема с разпадането на светлината. Ето защо пакетът и пакетът също са ключът. Появиха се светодиодни пакети, които могат да издържат на няколко W мощност. Бяло, зелено, синьо, синьо, синьо, светодиоди от 5W серия са на разположение от началото на 2003 година. Белият светодиоден светлинен източник достига 1871m, ефективността на светлината е 44.31 lm / W зелен проблем с разпадането на светлината, а LED, който може да издържа на мощност от 10W е разработен. Tube; размер е 2.5mm X2.5mm, може да работи на 5A ток, светлина до 2001 lm, като солиден източник на осветление има много място за развитие.
(3) LED пакет за повърхностен монтаж (SMD) (SMD)
Още през 2002 г. пазарните светодиоди (SMDLED) бяха постепенно приети от пазара и придобиха определен пазарен дял. От оловен пакет до SMD, той отговаря на тенденцията на развитие на цялата електронна индустрия, а много производители въвеждат такива продукти.
Понастоящем SMDLED е най-високият пазарен дял на пазара на светодиоди. Структурата на този светодиоден пакет използва процес на леене под налягане за обвиване на металната оловна рамка в PPA пластмаса и образуване на чаша за рефлектор със специфична форма. Металната водеща рамка се простира от дъното на чашата на рефлектора до страната на устройството. Щифтовете на устройството са оформени чрез изравняване навън или навътре. Подобрената структура SMDLED е съпроводена от бяла LED технология за осветление. За да се увеличи консумацията на енергия от един светодиоден уред, за да се увеличи яркостта на устройството, инженерите започнаха да намират начини за намаляване на термичната устойчивост на SMDLED и въведоха концепцията за радиатор. Тази подобрена структура намалява височината на оригиналната SMDLED структура. Металната оловна рамка се поставя директно на дъното на LED устройството. Отразяващата чаша се оформя чрез инжектиране на пластмаса около металната рамка. Чипът се поставя върху металната рамка. Металната рамка е запоена директно през спояващата паста. На печатната платка се образува вертикален канал за разсейване на топлината. Благодарение на развитието на технологията на материалите, SMD технологията за опаковане е преодоляла ранните проблеми на разсейване на топлината и експлоатационен живот и може да се използва за пакетиране на мощни бели LED чипове от 1 ~ 3W.
(4) Пакет COB-LED
Пакетът COB може директно да пакетира няколко чипа на MCPCB на базата на метални печатни платки и директно да разсейва топлината през субстрата, което не само намалява производствения процес и цената на скобата, но също така има предимството да намалява разсейването на топлината. ПХБ може да бъде с ниска цена FR-4 материал (армиран със стъклени влакна епоксид) или композит на базата на метал с висока топлопроводимост или керамика (като например алуминиева основа или керамичен субстрат с покритие от мед). Свързването на телта може да се извърши чрез термозонично свързване (свързване на топка със златна тел) при висока температура и ултразвуково свързване при нормална температура (алуминиево заваряване). Технологията COB се използва главно за LED опаковане на многомощни многочипови масиви. В сравнение с SMD, тя не само значително увеличава плътността на мощността на пакета, но и намалява топлинната устойчивост на пакета (обикновено 6-12W / m · K).
От гледна точка на разходите и приложението, COB ще се превърне в основната посока на бъдещия дизайн на осветлението. LED модулът на COB пакета има множество LED чипове, монтирани върху основата. Използването на множество чипове не само подобрява яркостта, но и улеснява рационалната конфигурация на LED чиповете и намалява количеството входен ток на един LED чип, за да се гарантира висока ефективност. Освен това, този повърхностен светлинен източник може значително да разшири зоната на разсейване на топлината на опаковката, така че топлината може да бъде по-лесно проведена към външната обвивка. Традиционните LED осветление практика е: LED светлинен източник дискретно устройство - MCPCB източник на светлина модул - LED осветително тяло, главно на базата на практиката да не се използват приложими основни източници на светлина източник, не само отнема време, но и скъпо. В действителност, ако вземете маршрута на "COB модул източник на светлина - LED лампа", той може да спести труд и време и може да спести разходите за опаковката на устройството.
Накратко, независимо дали става дума за единичен пакет или модулен пакет COB, от ниска мощност до висока мощност, структурата на LED пакета е проектирана около това как да се намали термичното съпротивление на устройството, да се подобри светлината и да се подобри надеждността.
4, технология за фосфорно покритие
Структурата за преобразуване на светлината, т.е. структурата на фосфорното покритие, е насочена главно към технологията за осветяване на LED бяла светлина и има за цел да преобразува светлината с по-къса дължина на вълната, излъчвана от светодиодния чип, в по-дълга светлина, допълваща допълнителния цвят (бял цвят) комплементарна).
В момента има три начина за производство на бяла светлина с помощта на фосфор: син LED с жълт фосфор; син LED с червен и зелен фосфор; UV-LED с червени, зелени и сини фосфори. Сред тях търговските бели светодиоди са предимно едночипови с син LED и жълт фосфор. Методът за генериране на бяла светлина на синия LED с червен и зелен фосфор се отчита само в патентите на OSRAM, Lumileds и др., Но не е комерсиализиран. Появяват се продукти и начинът, по който UV-светодиодите се комбинират с трицветни фосфори, все още се разработва.