LED (ljusdiod) har blivit den internationella framväxande strategiska industrin konkurrens hot spots. I LED-industrin omfattar uppströms substratmaterial, epitaxial, chipdesign och tillverkning, midstream täcker förpackningsteknik, utrustning och testteknik, nedströms LED-display, belysning och belysningsapplikationer. För närvarande är den huvudsakliga användningen av blå LED + gul fosforteknologi för att åstadkomma en kraftig vit LED, det vill säga genom den GaN-baserade blå LED-delen av det blå ljuset för att stimulera YAG (yttrium aluminium granat) gul fosforutgivande gul och Den andra delen av det blå ljuset emitteras genom fosfor. Den gula fosforen avger gult ljus och blandar det blå ljuset för att bli vitt ljus. Blu-ray LED-chip utfärdat av det blå ljuset genom beläggningen runt den gula fosforen, är fosforen en del av det blå ljuset efter frågan om gult ljus, blått ljusspektrum och gult ljusspektrum överlappar varandra efter bildandet av vitt ljus.
LED-förpackning med hög effekt som en viktig länk i industrikedjan, är att främja halvledarbelysningen och displayen till den praktiska kärntillverkningstekniken. Endast genom utveckling av lågt värmebeständighet, hög effektivitet och hög tillförlitlighet av LED-förpackning och tillverkningsteknik, LED-chipet för bra mekaniska och elektriska skydd minskar mekaniska, elektriska, termiska, våta och andra yttre faktorer på chipprestanda, Chip stabilt och pålitligt arbete för att ge effektiv och hållbar högpresterande belysning och display, LED-specifika energibesparande fördelar och främja hela halvledarbelysningen och displayindustrin kedjan godartad utveckling. Med tanke på de berörda utländska företagen för marknadens intressen beaktas relevanta kärnteknologier och utrustning blockade åtgärder, och därmed utvecklingen av självständig hög effekt LED-förpackningsteknik, särskilt vit LED-förpackningsutrustning är nära förestående. I det här dokumentet kommer vi kort introducera forskning och tillämpning av LED-förpackningsfält med hög effekt, analysera och sammanfatta de viktigaste tekniska problemen i processen med hög effekt LED-förpackningar, för att locka uppmärksamhet hos inhemska motsvarigheter, för att uppnå high- power LED-tangentteknik och utrustning autonomi
Förpackningsteknik spelar en viktig roll i LED-prestanda. LED-förpackningsmetoder, material, struktur och processval, huvudsakligen av chipstrukturen, fotoelektriska / mekaniska egenskaper, specifik tillämpning och kostnadsfaktorer såsom beslutet. Med kraftökningen, särskilt utvecklingen av solid state-belysningsteknologibehov, LED-förpackningar optisk, termisk, elektrisk och mekanisk struktur ställde fram nya och högre krav. För att effektivt minska pakets värmebeständighet, förbättra ljusets effektivitet, måste du använda nya tekniska idéer för att genomföra förpackningsdesign. Från processkompatibiliteten och sänka kostnaderna för produktionssynpunkt bör LED-paketdesign utföras samtidigt med chipdesignen, dvs chipdesignen bör ta hänsyn till förpackningsstrukturen och processen. Nuvarande ström LED-förpackningsstruktur av huvudtrenderna är: liten storlek, minimalt skydd för värmebeständighet, platt patch, resistent mot högsta korsningstemperatur, enkel ljusflödesmaksimering; Målet är att förbättra ljusflödet, ljuseffektiviteten, minska ljuset. Failure, failure rate, ökad konsistens och pålitlighet. Specifikt är nyckeltekniken för högkvalitativa LED-förpackningar: termisk dispersionsteknik, optisk designteknik, konstruktionsdesignteknik, fosforbeläggningsteknik, eutektisk svetsningsteknik.
1, C ooling teknik
Den allmänna nodtemperaturen kan inte överstiga 120 ℃ , även LumiLED, Nichia, CREE, etc. introducerade den senaste enheten, den maximala nodtemperaturen kan fortfarande inte överstiga 1500 ℃. Således kan termisk strålnings effekt av LED-enheter vara försumbar, värmeledning och konvektion är det huvudsakliga sättet att leda värmeavledning. I den termiska konstruktionen från värmeledningsaspekterna, eftersom värmen från LED-paketmodulen först leder till radiatorn. Så bindningsmaterialet, substratet är nyckeln till LED-kylteknik.
Bondningsmaterial omfattar främst termisk plast, ledande silverpasta och legeringslödmedel tre huvudvägar. Den ledande pastaen är ett slags kompositmaterial som bildas genom tillsats av silverpulver i epoxihartset, och bindemedlet härdas genom tillsats av ett högt värmeledningsförmåga fyllmedel, såsom SiC, AlN, A12O3, Si02, etc. för att förbättra dess värmeledningsförmåga . Temperaturen är i allmänhet lägre än 200 ° C , har god värmeledningsförmåga, bindningsförmåga och pålitlig, men silverabsorptionen av ljus är relativt stor, vilket resulterar i minskad ljuseffektivitet.
Underlaget innefattar huvudsakligen keramiskt substrat, keramiskt substrat och komposit-substrat tre huvudvägar. Keramiska substrat är huvudsakligen LTCC-substrat och AIN-substrat. LTCC-substratet är lätt att forma, enkel process, låg kostnad och lätt att göra en mängd olika former och många andra fördelar; Al och Cu är LED-förpackningsunderlag utmärkt material på grund av metallmaterialets konduktivitet för att göra dess ytaisolering, ofta genom anodiserad för att bilda ett tunt isolerande skikt på dess yta. Metallbaserade kompositmaterial är huvudsakligen Cu-baserade kompositmaterial, Al-baserade kompositmaterial. Occhionero et al. Undersökt användningen av AlSiC i flipchip, optoelektroniska enheter, kraftaggregat och hög effekt LED-termiska substrat, och tillsatsen av pyrolytisk grafit till AlSiC uppfyller också kraven på högre värmeavledning. Framtiden för det sammansatta substratet är huvudsakligen fem typer: monolitiska kretsar kolhaltiga material, metallmatriskompositer, polymermatriskompositer, kolkompositer och avancerade metalllegeringar.
Dessutom är paketgränssnittet på värmebeständigheten också bra, nyckeln till att förbättra LED-paketet är att minska gränssnittet och gränssnittskontaktens värmebeständighet, förbättra värmeförlusten. Därför är valet av termiskt gränssnittsmaterial mellan chipet och värmeavlednings-substratet mycket viktigt. Användningen av låg temperatur eller eutektisk lödning, lödpasta eller inom nanopartiklarna av ledande lim som ett termiskt gränssnittsmaterial kan kraftigt minska gränssnittets värmebeständighet.
2, O ptisk designteknik
Den optiska designen av LED-paketet innehåller både optisk design och extern optisk design.
Följande är samma som "
Nyckeln till den optiska konstruktionen är valet och appliceringen av pottning. I valet av pottning, som kräver hög transmittans, högt brytningsindex, god termisk stabilitet, bra fluiditet, lätt att spruta. För att förbättra pålitligheten av LED-förpackningar, krävs det även att man pottar med låg fuktabsorption, låg spänning, temperatur och miljöskydd och andra egenskaper. Vanligen använda pottningsmedel inkluderar epoxi och silikon. Bland dem har kiseldioxidgelen en hög ljusöverföring (synlig ljustransmittans större än 99%), högt brytningsindex (1,4 ~ 1,5), god termisk stabilitet (kan klara 200 ° C hög temperatur), låg stress (Youngs modulus Low), låg fuktabsorption (mindre än 0,2%) och andra egenskaper, betydligt bättre än epoxiharts, i LED-förpackningar med hög effekt har använts i stor utsträckning. Men kiseldioxidgelprestandan med omgivande temperaturen har större påverkan, vilket på så sätt påverkar LED-ljus-effektiviteten och ljusintensitetsfördelningen, så att kiselgelframställningsförfarandet förbättras.
Extern optisk design avser konvergens av ljusstråle, formning, för att bilda en likformig fördelning av ljusintensiteten hos ljusfältet. Huvuddelen inklusive reflekterande kondensatorkoppdesign (primär optisk) och plastlinsdesign (sekundäroptik), matrismodulen, inkluderar också chipmatrisfördelningen. Linsen används ofta i form av konvex lins, konkav lins, sfärisk, Fresnel-lins, modulell lins, lins och hög effekt LED-monteringsmetod kan användas i lufttät och halvtätande förpackning. Under de senaste åren, med fördjupning av forskning, med hänsyn till integrationskraven efter förpackning, för strålformningslinsen med hjälp av en mikrolinsuppsättning kan mikrolins array i den optiska vägen spela en tvådimensionell parallell konvergens, formning, kollimering och så vidare , Den har fördelarna med hög arrangemangsäkerhet, enkel tillverkning och enkel koppling med andra plana enheter. Forskningen visar att användningen av diffraktiva mikroliner i stället för vanlig lins eller Fresnel mikrolens kan förbättra strålkvaliteten och förbättra intensiteten hos utgående ljus, LED är den mest lovande nya tekniken för strålformning.
3, LED-paketstruktur
LED-förpackningsteknik och -konstruktion har en bly-typ, kraftbaserad förpackning, SMD (SMD), direkt ombord chip-laddad (COB) fyra steg.
4, P hosphor beläggningsteknik
Ljuskonverteringsstruktur, det vill säga fosforbeläggningsstruktur, huvudsakligen för LED-vit belysningsteknik, syftar till att LED-chip utfärdas av ljusets kortare våglängd till komplementärt (färg komplementärt vitt ljus) lång våglängd av ljus.
För närvarande finns det tre sätt att producera vitt ljus med fosfor: Blå LED med gul fosfor; blå LED med röd, grön fosfor; UV-LED med röd, grön och blå fosfor. En av de kommersiella vita LED-lamporna är för det mesta blå LED-lampa med enfärgad single-chip-typ, blå LED med röd, grön fosforvit väg endast i Osram, Lumileds och andra företag som rapporterats på patentet, men fortfarande inte kommersialiserade. Produkter visas och UV- LED med trefärgsfosfor är fortfarande i vägen. Fördelarna och nackdelarna med olika fosforer för framställning av vit LED visas i följande tabell.
Befintliga beläggningsmetoder, som visas nedan, har sina fördelar och nackdelar. För närvarande används i stor utsträckning i fosforbeläggningsmetoden för att blanda fosforen och potten och sedan direkt på chipet. Eftersom det är svårt att exakt styra tjockleken och formen på fosforens beläggning, faller inte färgen på det utgående ljuset samman med förekomsten av partiell blå eller gulning. GE: s forskning av Arik et al. Visar att fosforen är direkt täckt på chipet, vilket resulterar i en ökning av fosfortemperaturen, vilket i sin tur minskar fosforens kvanteffektivitet och allvarligt påverkar paketets omvandlingseffektivitet.
Och baserat på beläggningsprocessen hos konformbeläggningstekniken kan man uppnå en jämn beläggning av fosfor, vilket säkerställer likformigheten av ljusfärgen. Men denna teknik är svår, och en stor del av det blå ljuset som emitteras av LED direkt av fosforskiktet reflekteras tillbaka till chipet, vilket absorberas direkt av chipet, allvarligt påverkar ljuseffektiviteten. Yamada, Narendran, etc. fann att fosforens bakkrävande egenskaper kommer att göra 50% ~ 60% av den positiva infallsljuset bakåt spridning.
Det finns också en beläggningsmetod där fosforskiktet ligger långt ifrån LED-chipet (till exempel är fosforskiktet beläget på reflekterande koppen eller den astigmatiska koppen utanför LED-chipet), mängden ljus absorberat av fosforskiktet reflekteras tillbaka till chipet kan minskas drastiskt, därigenom förbättras ljusets effektivitet. Eftersom fosforskiktet inte är i direkt kontakt med chipet överförs dessutom värmen som alstras av chipet inte till fosforskiktet, varigenom fosforskiktets livslängd förlängs. Forskare vid Schlbert Institute of Technology, Schubert et al. Funnet att användningen av bort från fosforbeläggningsprocessen kan minska risken för värmespridning från chipet, LED-ljusstyrkan kan ökas med 7% till 16%. Sun Yat-sen Wang Gang, som också genomfört en relaterad studie, visar resultaten att användningen av bort från fosforbeläggningen kan minska fosforbeläggningstemperaturen på ca 16,8 ° , avsevärt förbättra effektiviteten av fosforomvandlingen. Långt från beläggningsmetoden har dess brister, på grund av dess användning av mer fosfor, tillverkning av fosforplattor och installationsprocessen är också relativt komplexa och andra kostnadsöverväganden, strömmen kan inte vidtas och industriella tillämpningar.
Dessutom, You et al. Föreslog användning av flerskiktsfosforstruktur på basis av optimering av fosforbeläggning. Det röda fosforskiktet separerades från det gula fosforskiktet och den gula fosforen placerades på den röda fosforen. De experimentella resultaten visade, En sådan fosforbeläggningsstruktur kan minska den ömsesidiga absorptionen mellan fosforbeläggningen, effektiviteten hos förpackningsluften kan förbättras med 18%.
5, E utektisk svetsningsteknik
Eutektisk svetsningsteknik är en av de viktigaste kärnteknologierna i high power LED-flip-chip-förpackningsprocessen. Eutektisk svetsningsteknik i LED-förpackningsprocessen är kärnan i värmeproblemet och fördelarna med kristallproblem och kommer att vara framtida riktning för den framtida utvecklingen av LED-förpackningar. Eutektisk legering har en lägre smältpunkt än den rena komponenten, smältningen är enkel; eutektisk legering har bättre fluiditet än ren metall, vilket kan förhindra bildning av dendriter som hindrar vätskeflödet i stelningen, vilket förbättrar gjutningsförmågan; eutektisk legering Men har också en konstant temperaturövergångskaraktäristik (inget stelningstemperaturområde), kan minska gjutningsfel, såsom segregering och krympning. härdad eutektisk legering seghet (nära metallens seghet) bör inte brytas; eutektisk stelning kan vara en mängd olika former av mikrostruktur, speciellt det regelbundna arrangemanget av lamellär eller stav eutektisk struktur, kan vara utmärkt prestanda in situ kompositmaterial. Det är just därför att eutektik har så många fördelar, så användningen av eutektisk process för att producera LED-paketet måste minska impedansen och förbättra fördelarna med värmeledningseffektivitet.
Heta produkter: linjär lampa för rörelsessensor , 150W strömkälla , tri-skyddad LED-lampa , LED- minlampa , 120cm linjär high bay , LED-växelampa
