Speciális létesítmények Hatékony gyártásA LED (fénykibocsátó dióda) a feltörekvő nemzetközi stratégiai iparban a verseny forró helyévé vált. A LED-i iparági láncban az upstream szubsztrát anyagokat, epitaxiát, chip-tervezést és gyártást foglal magában, a középső rétegek a csomagolási technológiát, a berendezéseket és a tesztelési technológiát foglalják magukban, és a lefelé pedig LED kijelző, világítás és világítás. Jelenleg a kék LED + sárga foszfor folyamat főként a fehér fényű, nagy teljesítményű LED-ek megvalósítására szolgál, azaz egy sárga fénykibocsátó YAG (yttrium-alumínium gránát) sárga foszfort bocsát ki a GaN-alapú kék részből. LED, és a kék fény egy másik része a foszforon keresztül jut. A sárga foszfor által kibocsátott sárga fény keveredik a továbbított kék fénygel, hogy fehér fényt kapjunk. A kék LED-chip által kibocsátott kék fény átmegy a körülötte bevont sárga foszforon, és a foszforot egy kék fény egy részén sárgán világít, és a kék fényspektrum és a sárga fényspektrum átfedik egymást, hogy fehér legyen fény.
Az iparági lánc fontos részeként a nagy teljesítményű LED-es csomagolás a gyártási technológia, amely elősegíti a félvezető világítás és a kijelző gyakorlati alkalmazását. A LED-chip csak alacsony hőállóság, magas fényhatékonyság és nagy megbízhatóságú LED-es csomagolás és gyártási technológia fejlesztése révén jól mechanikus és elektromos védelmet nyújt, csökkentve a mechanikai, elektromos, termikus, nedves és egyéb külső tényezők hatását a teljesítményre. a chip, hogy biztosítsa a LED-et A chip stabil és megbízható működése hatékony és folyamatos, nagy teljesítményű világítási és kijelzőhatásokat biztosít, megvalósíthatja a LED egyedülálló energiatakarékos és hosszú élettartamú előnyeit, és elősegíti a teljes félvezető világítás jóindulatú fejlődését. az iparági lánc megjelenítése. Tekintettel a külföldi kapcsolt vállalatok piaci érdekeinek figyelembevételére, a vonatkozó alapvető technológiák és berendezések blokkolódnak. Ezért sürgősen fejleszteni kell egy független, nagy teljesítményű LED-csomagoló technológiát, különösen a fehér LED-es csomagoló berendezéseket. Ez a cikk röviden bemutatja a nagyteljesítményű LED-csomagolás kutatási és alkalmazási állapotát, elemzi és összefoglalja a nagy teljesítményű LED-csomagolás legfontosabb technikai kérdéseit a hazai partnerek figyelmének felkeltése érdekében, és törekszik az autonómia elérésére nagy teljesítményű LED kulcsfontosságú technológiák és berendezések. .
A csomagolási folyamat technológia kulcsfontosságú szerepet játszik a LED teljesítményében. A LED-es csomagolási módszerek, anyagok, struktúrák és folyamatok kiválasztását elsősorban az olyan tényezők határozzák meg, mint a forgácsszerkezet, az optoelektronikai / mechanikai jellemzők, a speciális alkalmazások és a költség. A hatalom növekedésével, különösen a szilárdtest-világítástechnika fejlesztésével új és magasabb követelmények kerültek bevezetésre a LED-csomagok optikai, termikus, elektromos és mechanikai szerkezetére. A csomag termikus ellenállásának hatékony csökkentése és a fényhatékonyság javítása érdekében egy új technikai ötletet kell elfogadni a csomagolás kialakításához. A folyamat-kompatibilitás és a termelési költségek csökkentése szempontjából a LED-csomagot a chip-tervezéssel egyidejűleg kell végrehajtani, azaz a csomagtervnek figyelembe kell vennie a csomagszerkezetet és a folyamatot. Jelenleg a teljesítmény LED-es csomagszerkezetének fő fejlődési trendjei a méret miniatürizálása, a készülék hőellenállásának minimalizálása, síkfoltok, maximális ellenállási csomópont hőmérséklet, az egylámpás fluxus maximalizálása; A cél a fényáram növelése, a fényhatékonyság növelése és a fény csökkentése. A bomlás, a hatékonyság csökkenése, a konzisztencia és a megbízhatóság javítása. Pontosabban, a nagy teljesítményű LED-csomagolás kulcsfontosságú technológiái közé tartozik a termikus diszperziós technológia, az optikai tervezési technológia, a szerkezeti tervezés, a foszfor bevonat technológia és az eutektikus forrasztási technológia.
1, hűtési technológia
Az átlagos LED-csomópont hőmérséklete nem haladhatja meg a 120 ° C-ot. Még a Lumileds, a Nichia, a CREE stb. Által bevezetett legújabb eszközök, a maximális csomópont hőmérséklet nem haladhatja meg az 1500 ° C-ot. Ezért a LED-ek termikus sugárzási hatása alapvetően elhanyagolható, és a hővezetődés és a konvekció a LED-ek hőelvezetésének fő módja. A hőelvezetés kialakításakor először a hővezetést veszik figyelembe, mivel a hőt először a LED-csomag modulból a hűtőbordára vezetik. Ezért a kötőanyag és a hordozó a LED hőelvezetési technológiájának kulcsfontosságú kapcsolatai.
A kötőanyagok elsősorban a hővezető ragasztó, a vezetőképes ezüstpaszta és az ötvözött forrasztás három fő módja. A hővezető ragasztó egy olyan töltőanyag, amely nagy hővezető képességgel rendelkezik a szubsztrátum belsejéhez, például SiC, A1N, A12O3, SiO2, stb., Ezáltal javítva a hővezető képességét; a vezetőképes ezüstpaszta egy kompozit anyag, amely az epoxigyantába ezüstpor hozzáadásával keletkezik, és a paszta keményedését alkalmazzuk. A hőmérséklet általában alacsonyabb, mint 200 ° C, amelynek előnye a jó hővezetőképesség és a megbízható kötési teljesítmény, de a fény abszorpciója az ezüstpaszta viszonylag nagy, ami a fényhatékonyság csökkenését eredményezi.
A szubsztrátum főleg három kerámiaszubsztrát, egy kerámia hordozó és egy kompozit szubsztrátum. A kerámia hordozó elsősorban LTCC szubsztrát és egy AIN szubsztrát. Az LTCC szubsztrátnak számos előnye van, mint például az egyszerű fröccsöntés, az egyszerű folyamat, az alacsony költség és a könnyű kialakítás. Az Al és a Cu kitűnő anyagok a LED-es csomagoláshoz. A fémanyagok vezetőképessége miatt gyakran szükséges a felületi szigetelés átadása. Anodizálás egy vékony szigetelőréteg kialakításához a felületen. A fém mátrix kompozitok főleg Cu alapú kompozit anyagokat és Al alapú kompozit anyagokat tartalmaznak. Occhionero és mtsai. megvizsgálta az AlSiC alkalmazását flip-chipekre, optoelektronikai eszközökre, tápegységekre és nagy teljesítményű LED-es hűtőbordákra. A pirolitikus grafit hozzáadása az AlSiC-hez szintén megfelel a magasabb hőelvezetés követelményeinek. A jövőben öt fajtájú kompozit szubsztrátum van: monolit szénsavas anyagok, fém mátrix kompozitok, polimer alapú kompozitok, szén kompozitok és korszerű fémötvözetek.
Ezenkívül a csomagfelület nagy hatással van a termikus ellenállásra. A LED-csomag javításának kulcsa az interfész és az interfész érintkező hőellenállásának csökkentése és a hőelvezetés fokozása. Ezért nagyon fontos a chip és a hűtőborda szubsztrát közötti hőinterfész anyag kiválasztása. Az alacsony hőmérsékletű vagy eutektikus forrasztóanyag, a forrasztópaszta vagy a nanoszemcsékkel rendelkező vezetőképes paszta használata, mivel a termikus interfész anyag jelentősen csökkentheti az interfész hőállóságát.
2, optikai tervezési technológia
A LED-csomag optikai kialakítása belső optikai kialakítást és külső optikai tervezést tartalmaz.
A belső optikai tervezés kulcsa a ragasztó választása és alkalmazása. A cserepes ragasztó választásakor magas fényáteresztő képességgel, magas törésmutatóval, jó hőstabilitással, jó folyékonysággal és könnyű permetezéssel kell rendelkeznie. A LED-csomag megbízhatóságának javítása érdekében a beöntő vegyületnek is alacsony higroszkópos, alacsony feszültségű, hőmérsékleti és környezetvédelmi követelményekkel kell rendelkeznie. A jelenleg használt cserepek közé tartoznak az epoxigyanta és a szilikagél. Ezek közül a szilikagél nagy fényáteresztő képességgel rendelkezik (nagy átviteli sebesség a látható tartományban több mint 99%), magas törésmutatója (1,4-1,5), jó hőstabilitás (magas hőmérséklet 200 ° C-ig) és alacsony feszültség ( Fiatal modulus) Alacsony), alacsony higroszkóposság (kevesebb, mint 0,2%), stb., Szignifikánsan jobb, mint a nagy teljesítményű LED-es csomagolásban széles körben alkalmazott epoxigyanta. A szilikagél teljesítményét azonban nagymértékben befolyásolja a környezeti hőmérséklet, ami befolyásolja a LED fényhatékonyságát és a fényintenzitás eloszlását. Ezért a szilikagél előállítási folyamatát javítani kell.
A külső optikai kialakítás a kimenő sugár konvergenciájára és alakítására vonatkozik, amely egyenletes intenzitáseloszlású fénymezőt alkot. Főként a fényvisszaverő koncentrátor tervezését (elsődleges optika) és a lencse kialakítását (másodlagos optika) tartalmazza. A tömbmodulok esetében a chip tömbök elosztását is magában foglalja. A leggyakrabban használt lencsék a konvex lencsék, a homorú lencsék, a gömb alakú tükrök, a Fresnel lencsék, a kombinált lencsék stb. A lencsék és a nagy teljesítményű LED-ek összeszerelési módja légmentesen és félig hermetikus lehet. Az utóbbi években, a kutatás elmélyítésével, a csomagolás utáni integrációs követelmények figyelembevételével, a sugárformáláshoz használt lencse mikrolencséket használ, és a mikrolencsék tömbje kétdimenziós párhuzamos konvergenciát, alakítást, kollimációt stb. pálya. Előnye, hogy a nagyfokú pontosság, a kényelmes és megbízható gyártás, valamint a többi sík eszközzel való könnyű összekapcsolás. A kutatások azt mutatják, hogy a diffrakciós mikrolencsék tömbök használata a szokásos lencsék vagy a Fresnel mikrolencsék helyett jelentősen javíthatja a fénysugár minőségét és növelheti a kibocsátott fény intenzitását. A LED-ek a legígéretesebb új technológia a sugárformázáshoz.
3, LED csomagszerkezet
A LED-es csomagolási technológia és szerkezete az ólom-, teljesítménycsomag-, chip (SMD), chip-on-board (COB) négy szakaszban volt.
(1) Vezető LED-csomag
A LED-es lábcsomagok különböző kerettípusokhoz vezető kereteket használnak. Ez az első csomagstruktúra, amelyet sikeresen fejlesztettek ki a piacon. A termékek sokfélesége magas, a technológia érettsége magas, és a csomagban lévő szerkezet és fényvisszaverő réteg még mindig javul. Általában egy 3 ~ 5 mm-es csomagstruktúrában használják, és általában alacsony áramú (20 ~ 30 mA) és kis teljesítményű (kevesebb, mint 0,1 W) LED-es csomagokhoz használják. A készüléket elsősorban műszeres kijelzőkre vagy jelzésekre használják, és a nagyméretű integrációhoz is használható. Hátránya, hogy a csomagolás nagy hőállósággal rendelkezik (általában 100K / W-nál nagyobb) és rövid élettartammal rendelkezik.
(2) Teljesítmény LED csomag
A LED chip és a csomag nagy teljesítményű irányba fejlődik. A nagy áram alatt a fényáram 10-20-szor nagyobb, mint a mm5 mm-es LED. A hatásos hőelvezetést és a nem lebomló csomagolóanyagokat kell használni a könnyű bomlás problémájának megoldására. Ezért a csomag és a csomag is a kulcs. A technológia olyan LED-csomagokat vált ki, amelyek képesek ellenállni a több W teljesítménynek. Az 5W sorozatú fehér, zöld, kék zöld, kék teljesítményű LED-ek 2003 eleje óta rendelkezésre állnak. A fehér LED-es fényteljesítmény elérte a 1871m-t, a fényhatás 44,31 lm / W zöld fénycsökkenési probléma, és a LED, amely képes ellenállni a 10 W-os teljesítménynek kifejlesztett. Cső; A mérete 2,5 mm X2.5mm, 5A árammal működik, 2001 lm-ig terjedő fényteljesítmény, mivel a szilárd megvilágítás forrása sok fejlesztési lehetőséggel rendelkezik.
(3) Felületre szerelhető (SMD) típusú (SMD) LED-csomag
Már 2002-ben fokozatosan elfogadták a piacon a felszínre szerelt LED-eket (SMDLED-ek), és bizonyos piaci részesedést szereztek. Az ólomcsomagtól az SMD-hez a teljes elektronikai ipar fejlődési trendjéhez igazodott, és sok gyártó ilyen termékeket vezetett be.
A SMDLED jelenleg a legmagasabb csomagolási piaci részesedés a LED piacon. Ez a LED-es csomagszerkezet fröccsöntési eljárást alkalmaz a fém ólomkeret PPA műanyagba történő becsomagolására és egy meghatározott alakú reflektorpohár kialakítására. A fémváz keret a reflektor pohár aljától a készülék oldaláig terjed. A készülék csapjai kifelé vagy befelé lapítva vannak kialakítva. A továbbfejlesztett SMDLED szerkezethez fehér LED-es világítási technológia tartozik. Annak érdekében, hogy növeljék az egyetlen LED-eszköz energiafogyasztását a készülék fényerejének növelése érdekében, a mérnökök elkezdték megtalálni a SMDLED hőállóságának csökkentését és bevezette a hűtőborda fogalmát. Ez a javított szerkezet csökkenti az eredeti SMDLED szerkezet magasságát. A fémvezető keret közvetlenül a LED-eszköz alján található. A fényvisszaverő poharat úgy alakítják ki, hogy műanyagot fecskendeznek a fémkeret körül. A chip a fémkeretre kerül. A fémkeretet közvetlenül a forrasztópasztán keresztül forrasztjuk. Függőleges hőelvezetési csatorna van kialakítva az áramköri lapon. Az anyagi technológia fejlesztése miatt az SMD csomagolási technológia leküzdte a hőelvezetés és az élettartam korai problémáit, és felhasználható nagy teljesítményű fehér LED-chipek csomagolására is.
(4) COB-LED csomag
A COB csomag közvetlenül több csomagot képes csomagolni az MCPCB fémalapú nyomtatott áramköri lapjára, és közvetlenül eloszlatja a hőt a szubsztrátumon keresztül, ami nemcsak csökkenti a gyártási folyamatot és a konzol költségét, hanem az is előnye, hogy csökkenti a hőelvezetést. A PCB lehet olcsó FR-4 anyag (üvegszál erősítésű epoxi) vagy nagy hővezetőképességű fém alapú vagy kerámia alapú kompozit (például alumínium hordozó vagy rézbevonatú kerámia hordozó). A huzalkötést termoszonikus kötéssel (aranyhuzal golyós kötés) végezhetjük magas hőmérsékleten és ultrahangos kötéssel normál hőmérsékleten (alumínium fúrószerszámhegesztés). A COB technológiát elsősorban nagy teljesítményű multi-chip tömbök LED-es csomagolására használják. Az SMD-vel összehasonlítva ez nemcsak jelentősen növeli a csomag teljesítményét, hanem csökkenti a csomag termikus ellenállását (általában 6-12W / m · K).
A költség és az alkalmazás szemszögéből a COB a jövőbeni világítás tervezésének fő irányává válik. A COB csomag LED-modulja több, az aljzatra szerelt LED-chipet tartalmaz. A több chip használata nemcsak a fényerőt javítja, hanem a LED-chipek racionális konfigurációját is megkönnyíti és csökkenti az egyetlen LED-chip bemeneti áramát a nagy hatékonyság érdekében. Ezenkívül ez a felszíni fényforrás nagymértékben bővítheti a csomag hőelvezetési területét, így a hő könnyebben hajtható végre a külső burkolaton. A hagyományos LED-es lámpatest gyakorlat: LED-es fényforrás-diszkrét eszköz - MCPCB fényforrás-modul - LED lámpatest, főként azon a gyakorlaton alapul, hogy nem alkalmazzák a megfelelő fényforrás-komponenseket, nem csak időigényes, hanem költséges is. Valójában, ha az útvonalat a "COB fényforrás modul - LED lámpa", akkor mentse a munka és az idő, és megmentheti a költségét az eszköz csomagolás.
Röviden, függetlenül attól, hogy egyetlen eszközcsomag vagy moduláris COB csomag van-e, az alacsony teljesítménytől a nagy teljesítményig, a LED-es csomagszerkezet úgy van kialakítva, hogy hogyan csökkenthető az eszköz hőállósága, javítható a fénykibocsátás és javítható a megbízhatóság.
4, foszfor bevonat technológia
A fényátalakító szerkezet, azaz a foszforbevonat szerkezet főleg a LED fehér fény megvilágítási technológiájára irányul, és a LED-chip által kibocsátott rövidebb hullámhosszú fény hosszabb hullámhosszúságú fényké alakítja át a kiegészítő színt (fehér szín). kiegészítő).
Jelenleg háromféle módon lehet fehér fényt előállítani foszfor használatával: kék LED sárga foszforral; kék, piros és zöld foszfor LED; UV-LED piros, zöld és kék foszforokkal. Közülük a kereskedelmi fehér LED-ek többnyire egy chipesek, kék LED és sárga foszfor. A piros és zöld foszforos kék LED fehér fénykibocsátási módszerét csak az OSRAM, a Lumileds stb. Szabadalmairól számolják be, de nem értékesítették. A termékek megjelennek, és az UV-LED-ek háromszínű foszforokkal való kombinációja még mindig fejlesztés alatt áll.