Täiustatud rajatised Tõhus tootmineLED (valgust kiirgav diood) on muutunud rahvusvaheliseks strateegiliseks tööstusharuks konkurentsivõimeliseks kohaks. LED-i tööstusharu ahelas sisaldab allavoolu substraatmaterjale, epitakset, kiibi konstruktsiooni ja tootmist, keskel ulatub pakenditehnoloogia, seadmed ja testimistehnoloogia ning allavoolu on LED-ekraan, valgustus- ja valgustusrakendused. Praegu kasutatakse sinist LED-i ja kollast fosforiprotsessi peamiselt valge valguse suure võimsusega LED-i, st kollase valgusdioodiga YAG (ütriumalumiin-granaat) kollase fosfori eraldamiseks osa GaN-põhisest sinist LED ja teine osa sinist valgust eraldub fosfori kaudu. Kollase fosfori poolt eralduv kollane valgus segatakse valge valguse saamiseks edastatava sinise valgusega. Sinise LED-kiibi poolt eralduv sinine valgus läbib selle ümber kaetud kollase fosfori ja fosfori põleb osa sinist valgust, et eraldada kollast valgust, ja sinine valgusspekter ja kollane valgusspekter kattuvad üksteisega, et moodustada valge valgus.
Olulise osa tööstusahelast on suure võimsusega LED-pakendid põhitootmise tehnoloogia, mis soodustab pooljuhtvalgustuse ja kuvarite praktilist rakendamist. LED-kiip on ainult mehaaniline ja elektriline kaitse, vähendades ainult mehaaniliste, elektriliste, soojuslike, märgade ja muude väliste tegurite mõju, kuna madal termiline takistus, kõrge valgustugevus ja kõrge töökindlus LED-pakend ja valmistustehnoloogia. kiip, et tagada LED-i kasutamine Kiibi stabiilne ja usaldusväärne töö võib pakkuda tõhusat ja pidevat kõrgtehnoloogilist valgustust ja ekraani efekte, realiseerida LED-i ainulaadseid energiasäästlikke ja pikaealisuse eeliseid ning edendada kogu pooljuhtvalgustuse healoomulist arengut ja kuvada tööstusharu ahel. Võttes arvesse välismaiste sidusettevõtete turuhuve, blokeeritakse asjaomased põhitehnoloogiad ja seadmed. Seetõttu on hädavajalik välja töötada sõltumatu suure võimsusega LED-pakenditehnoloogia, eriti valge LED-pakendusseadmed. See artikkel tutvustab lühidalt suure võimsusega LED-pakendite uurimist ja rakendamist, analüüsib ja võtab kokku peamised tehnilised küsimused suure võimsusega LED-pakendite protsessis, et meelitada ligi kodumaiste kolleegide tähelepanu ja püüda saavutada autonoomia suure võimsusega LED võtmetehnoloogiate ja seadmete .
Pakendiprotsessitehnoloogia mängib LED-jõudluses otsustavat rolli. LED pakendamismeetodite, materjalide, struktuuride ja protsesside valik sõltub peamiselt sellistest teguritest nagu kiibistruktuur, optoelektroonilised / mehaanilised omadused, konkreetsed rakendused ja maksumus. Võimsuse suurenemisega, eriti tahkisvalgustustehnoloogia arendamisega on LED-pakettide optiliste, termiliste, elektriliste ja mehaaniliste struktuuride jaoks välja toodud uued ja kõrgemad nõuded. Pakendi termilise takistuse tõhusaks vähendamiseks ja valguse tõhususe parandamiseks tuleb pakendi disaini jaoks vastu võtta uus tehniline idee. Protsessi kokkusobivuse ja tootmiskulude alandamise seisukohast tuleks LED-paketi kujundus teostada samaaegselt kiibi konstruktsiooniga, st pakendi kujundus peaks arvestama pakendi struktuuri ja protsessi. Praegu on peamised võimsus LED-pakendi struktuuri arengusuunad järgmised: suuruse miniatuurimine, seadme termilise takistuse minimeerimine, tasapinnaline paigaldus, maksimaalne talumiskõrguse temperatuur, ühe lambi voolu maksimeerimine; Eesmärk on suurendada valgusvoogu, valguse tõhusust ja vähendada valgust. Vähenemine, tõhususe kaotamine, järjepidevuse ja usaldusväärsuse parandamine. Täpsemalt on suure võimsusega LED-pakendite võtmetehnoloogiad: termilise dispersioonitehnoloogia, optilise disaini tehnoloogia, konstruktsioonitehnoloogia, fosfori katmise tehnoloogia ja eutektiline jootetehnoloogia.
1, jahutustehnoloogia
Keskmine LED-sõlme temperatuur ei tohi ületada 120 ° C. Isegi viimased Lumiledsi, Nichia, CREE jt poolt kasutatavad seadmed, maksimaalne sõlme temperatuur ei tohi ületada 1500 ° C. Seetõttu on LED-seadmete soojuskiirguse mõju põhimõtteliselt tühine ning LED-i soojuse hajutamise peamised viisid on soojusjuhtivus ja konvektsioon. Soojuse hajutamise konstruktsioonis kaalutakse kõigepealt soojust, sest soojust juhitakse esmalt LED-paketi moodulist jahutusradiaatorisse. Seepärast on liimimaterjal ja substraat LED-soojuse hajutamise tehnoloogia peamised sidemed.
Sideained sisaldavad peamiselt kolme peamist soojust juhtiva liimi, juhtiva hõbepasta ja sulami jootmise viisi. Soojusjuhtiv liim on teatud tüüpi täiteaine, millel on kõrge soojusjuhtivus, mis on lisatud substraadi sisemusse, nagu SiC, A1N, A12O3, SiO2 jne, parandades seeläbi selle soojusjuhtivust; juhtiv hõbe pasta on komposiitmaterjal, mis on moodustatud epoksiidvaigule hõbedase pulbri lisamisega ja pasta tahkestamine. Temperatuur on tavaliselt madalam kui 200 ° C, millel on head soojusjuhtivuse ja usaldusväärse sidumisomaduste eelised, kuid hõbedase pastaga valguse neeldumine on suhteliselt suur, mille tulemusel väheneb valguse efektiivsus.
Substraat sisaldab peamiselt kolme põhilist keraamilise substraadi, keraamilise substraadi ja komposiitmaterjali substraati. Keraamiline substraat on peamiselt LTCC substraat ja AIN substraat. LTCC substraadil on palju eeliseid, nagu lihtne vormimine, lihtne protsess, odav ja lihtne kujundada erinevaid kujundeid. Al ja Cu on suurepärased materjalid LED-pakendite substraatidele. Metallmaterjalide juhtivuse tõttu on tihti vaja läbida pinna isolatsioon. Anodeerimine, et moodustada pinnale õhuke isoleeriv kiht. Metallmaatrikskomposiidid hõlmavad peamiselt Cu-põhiseid komposiitmaterjale ja Al-põhiseid komposiitmaterjale. Occhionero et al. Uuriti AlSiC rakendamist kiipidele, optoelektroonilistele seadmetele, toiteseadmetele ja suure võimsusega LED-jahutusradiaatoritele. Pürolüütilise grafiidi lisamine AlSiC-le vastab ka kõrgema soojuse hajutamise nõuetele. Tulevikus on viis põhitüüpi komposiitmaterjalist: monoliitsed süsinikmaterjalid, metallmaatrikskomposiidid, polümeeripõhised komposiidid, süsinikukomposiidid ja täiustatud metallisulamid.
Lisaks on pakendi liidesel suur mõju termilisele vastupidavusele. LED-paketi täiustamise võti on vähendada liidese ja liidese kontakti termilist takistust ning suurendada soojuse hajutamist. Seetõttu on kiibi ja jahutusradiaatori substraadi vahelise termilise liidese materjali valik väga oluline. Madala temperatuuri või eutektilise jootmise, jootepasta või nanoosakestega elektrit juhtiva pasta kasutamine termilise liidese materjalina võib oluliselt vähendada liidese termilist takistust.
2, optilise disaini tehnoloogia
LED-paketi optiline disain sisaldab sisemist optilist disaini ja välimist optilist disaini.
Sisemise optilise konstruktsiooni võti on poti liimi valik ja kasutamine. Valiku puhul on nõutav kõrge valguse läbilaskvus, kõrge murdumisnäitaja, hea termiline stabiilsus, hea voolavus ja lihtne pihustamine. LED-paketi usaldusväärsuse parandamiseks on nõnda ka nõrga hügroskoopsuse, madala stressi, temperatuuri ja keskkonnakaitsega. Praegu kasutatavateks pottingühenditeks on epoksüvaik ja silikageel. Nende hulgas on silikageelil kõrge valguse läbilaskvus (suur läbilaskvus nähtavas vahemikus üle 99%), kõrge murdumisnäitaja (1,4 kuni 1,5), hea termiline stabiilsus (talub kõrgeid temperatuure 200 ° C) ja madal stress ( Youngi moodul) Madal), madal hügroskoopsus (vähem kui 0,2%) jne, mis on oluliselt parem kui suure võimsusega LED-pakendites laialdaselt kasutatav epoksüvaik. Siiski mõjutab silikageeli jõudlust suuresti ümbritseva keskkonna temperatuur, mis mõjutab LED-valgustuse tõhusust ja valguse intensiivsust. Seetõttu tuleb silikageeli valmistamisprotsessi parandada.
Väline optiline disain viitab väljuva tala konvergentsile ja vormimisele, et moodustada ühtlase intensiivsusega jaotusvalgusti. See hõlmab peamiselt peegeldavat kontsentraatori disaini (primaarne optika) ja läätsede kujundamist (sekundaarne optika). Massiivmoodulite puhul hõlmab see ka kiibi massiivid. Tavaliselt kasutatavad läätsed on kumerad läätsed, nõgusad läätsed, sfäärilised peeglid, Fresneli läätsed, kombineeritud läätsed jne. Objektiivide ja suure võimsusega LEDide montaažimeetod võib olla õhukindel ja poolhermeetiline. Viimastel aastatel, uurimistöö süvendamisega, arvestades integreerimisnõudeid pärast pakendamist, kasutab sära kujundamiseks kasutatav lääts mikroliitrit ja mikrolaineplokk võib mängida optilistes mõõtmetes kahepoolset paralleelset lähenemist, kujundamist, kollimaati jne. tee. Selle eelised on kõrged joondamise täpsus, mugav ja usaldusväärne valmistamine ning lihtne ühendamine teiste tasapinnaliste seadmetega. Uuringud näitavad, et tavapäraste läätsede või Fresneli mikroläätsede asemel võib difraktsiooniliste mikrolainete massiivide kasutamine oluliselt parandada valgusvihu kvaliteeti ja suurendada kiirgust. LEDid on kõige paljutõotavam uus tehnoloogia tala kujundamiseks.
3, LED paketi struktuur
LED-pakenditehnoloogia ja -struktuur on olnud juhtpositsioonil, võimsuspaketis, kiibis (SMD), chip-on-board (COB) neljas etapis.
(1) Plii LED-pakett
LED-jalgade pakett kasutab erinevate pakenditüüpide jaoks pliidraami. See on esimene pakettstruktuur, mis on turul edukalt välja töötatud. Toodete mitmekesisus on kõrge, tehnoloogia küpsus on kõrge ning pakendi sees olev struktuur ja peegeldav kiht ikka veel paranevad. Tavaliselt kasutatakse seda 3 ~ 5 mm pakendi struktuuris ning seda kasutatakse tavaliselt madala voolutugevusega (20 ~ 30 mA) ja väikese võimsusega (vähem kui 0,1 W) LED-pakettides. Seda kasutatakse peamiselt instrumentide kuvamiseks või näidustamiseks ning seda saab kasutada ka kuvariekraanina suuremahuliseks integreerimiseks. Puuduseks on see, et pakendil on suur termiline takistus (tavaliselt kõrgem kui 100K / W) ja selle eluiga on lühike.
(2) Toite LED-pakett
LED-kiip ja pakett on välja töötatud suure võimsuse suunas. Kõrge voolu all on valgusvoog 10-20 korda suurem kui mm5mm LED. Kerge lagunemisprobleemi lahendamiseks tuleb kasutada tõhusat soojuse hajutamist ja mitte-lagunevat pakkematerjali. Seetõttu on pakend ja pakend ka võti. Tehnoloogia, on tekkinud LED-paketid, mis taluvad mitmeid W-võimsusi. 5W seeria valge, roheline, sinine roheline, sinine võimsus LED on saadaval alates 2003. aasta algusest. Valge LED-valgustugevus ulatub 1871 m-ni, valgusefektiivsus on 44,31 lm / W roheline tuli lagunemisprobleem ja LED, mis talub 10W võimsust on välja töötatud. Toru; suurus on 2,5 mm X2,5 mm, võib töötada 5A voolu juures, kuni 2001 lm valgusvõimsus, kuna tahkel valgustuse allikal on palju arenguruumi.
(3) Pinna paigaldamise (SMD) tüüpi (SMD) LED-pakett
Juba 2002. aastal võtsid turg järk-järgult vastu pinna paigaldatud LED-id (SMDLED-id) ja said turuosa. Pliidipaketist kuni SMD-ni oli see vastavuses kogu elektroonikatööstuse arengusuundadega ning paljud tootjad tutvustasid selliseid tooteid.
SMDLED on praegu suurim pakendituru osa LED-turul. See LED-pakendi struktuur kasutab survevalu protsessi, et mähkida metalli juhtraami PPA plastikust ja moodustada kindla kuju peegelduskupiga. Metallist juhtraam ulatub peegelduskupli põhjast seadme küljele. Seadme tihvtid moodustatakse väljapoole või sissepoole lamendades. Parandatud SMDLEDi konstruktsiooniga kaasneb valge LED-valgustustehnoloogia. Selleks, et suurendada ühe LED-seadme energiatarbimist seadme heleduse suurendamiseks, hakkasid insenerid leidma viise, kuidas vähendada SMDLED-i termilist takistust ja tutvustas jahutusradiaatorit. See täiustatud struktuur vähendab algse SMDLEDi struktuuri kõrgust. Metalli juhtraam asetatakse otse LED-seadme põhjale. Peegeldav tass moodustatakse plastikust ümbritseva materjali süstimise teel. Kiip asetatakse metallraamile. Metallraam joodetakse otse jootepastist. Trükkplaadile on moodustatud vertikaalne soojuse hajutuskanal. Materjalitehnoloogia arengu tõttu on SMD pakenditehnoloogia ületanud soojuse hajutamise ja kasutusea algsed probleemid ning neid saab kasutada suure võimsusega valge LED-kiipide pakkimiseks 1 ~ 3W.
(4) COB-LED pakett
COB pakett võib pakendada mitut kiipe metallpõhisele trükkplaadile MCPCB ja hajutada soojust otseselt läbi substraadi, mis mitte ainult ei vähenda valmistamise protsessi ja klambri maksumust, vaid on ka soojuse hajutamise vähendamise eelis. PCB võib olla odav FR-4 materjal (klaaskiust tugevdatud epoksü) või kõrge soojusjuhtivusega metallpõhine või keraamiline komposiit (nagu alumiiniumist substraat või vasest kaetud keraamiline substraat). Traadiga ühendamine võib toimuda termosoonilise sidumisega (kuldtraadi kuulliitmine) kõrgel temperatuuril ja ultraheliga sidumisel normaalsel temperatuuril (alumiiniumist puurimistööriista keevitamine). COB-tehnoloogiat kasutatakse peamiselt suure võimsusega multi-chip-massiivi LED-pakendites. Võrreldes SMD-ga suurendab see mitte ainult paketi võimsustihedust, vaid vähendab ka paketi termilist takistust (tavaliselt 6-12W / m · K).
Kulude ja rakenduste vaatenurgast saab COB tulevase valgustuse põhisuund. COB paketi LED-moodulil on mitu substraadile paigaldatud LED-kiipi. Mitme kiibi kasutamine mitte ainult ei paranda heledust, vaid hõlbustab ka LED-kiipide ratsionaalset konfiguratsiooni ja vähendab ühe LED-kiibi sisendvoolu suurema efektiivsuse tagamiseks. Pealegi võib see pinna valgusallikas oluliselt laiendada pakendi soojust hajutavat pinda, nii et soojust saab hõlpsamini viia väliskestale. Traditsiooniline LED-valgustite praktika on: LED-valgusallika diskreetne seade - MCPCB valgusallika moodul - LED-valgustid, mis põhinevad peamiselt tavalistel valgusallika komponentidel, mitte ainult aeganõudval, vaid ka kulukal. Tegelikult, kui te võtate marsruuti "COB valgusallika moodul - LED lamp", võib see säästa tööjõudu ja aega ning säästa seadme pakendamise kulusid.
Lühidalt öeldes, kas tegemist on ühe seadme paketiga või modulaarse COB paketiga, alates väikese võimsuse ja suure võimsuse vahel, on LED-paketi struktuur konstrueeritud selle järgi, kuidas vähendada seadme termilist takistust, parandada valgustugevust ja parandada usaldusväärsust.
4, fosfori katmise tehnoloogia
Valgusmuundamise struktuur, st fosfori katmise struktuur, on suunatud peamiselt valgusvalguse LED-valguse tehnoloogiale ning selle eesmärk on muuta LED-kiibi kiirem lainepikkus valgus pikema lainepikkuse valguseks, mis täiendab täiendavat värvi (valge värvus) täiendavad).
Praegu on valgusvalguse tootmiseks fosfori abil kolm võimalust: sinine LED kollase fosforiga; sinine LED punase ja rohelise fosforiga; UV-LED punase, rohelise ja sinise fosforiga. Nende hulgas on kaubanduslikud valged LED-id enamasti ühe kiibiga, sinine LED ja kollane fosfor. Punase ja rohelise fosforiga sinise LED-i valge valguse genereerimise meetodit kirjeldatakse ainult OSRAMi, Lumiledsi jms patentides, kuid seda ei ole turustatud. Tooted ilmuvad ja UV-LEDide kombineerimine kolmevärviliste fosforidega on veel väljatöötamisel.