Передовые мощности Эффективное производствоПрименение светодиодов сверхвысокой яркости продолжает расширяться, впервые выходя на рынок специального освещения и двигаясь к общему рынку освещения. В связи с постоянным увеличением входной мощности светодиодных чипов предъявляются повышенные требования к технологии упаковки этих силовых светодиодов. Технология упаковки светодиодов питания должна удовлетворять следующим двум требованиям: во-первых, структура пакета должна иметь высокую эффективность извлечения света, а во-вторых, тепловое сопротивление должно быть как можно ниже, чтобы обеспечить фотоэлектрические характеристики и надежность светодиода питания.
Если полупроводниковый светодиод должен использоваться в качестве источника освещения, световой поток обычного продукта далек от потока света от источника света общего назначения, такого как лампа накаливания или флуоресцентная лампа. Следовательно, для разработки светодиодов в области освещения ключевым является повышение световой отдачи и светового потока до уровня существующих источников освещения. В эпитаксиальных материалах, используемых для мощных светодиодов, используется технология эпитаксиального роста MOCVD и структуры с множественными квантовыми ямами. Хотя внутренняя квантовая эффективность нуждается в дальнейшем улучшении, самым большим препятствием для получения высокого светового потока является низкая эффективность извлечения света чипом. Существующая конструкция светодиодов питания использует новую структуру пайки с перевернутой микросхемой, чтобы повысить эффективность извлечения света микросхемы, улучшить тепловые характеристики микросхемы и повысить эффективность фотоэлектрического преобразования устройства за счет увеличения площади микросхемы и увеличения рабочего тока. Более высокий световой поток. Помимо чипа, важна и технология упаковки устройства. Ключевые технологические процессы упаковки:
Технология отвода тепла
В конструкции светодиодного пакета традиционного индикаторного типа обычно используется проводящий или непроводящий клей для крепления чипа в отражающей чашке небольшого размера или на несущем столе. Золотая проволока используется для завершения внутреннего и внешнего соединения устройства и герметизирована эпоксидной смолой. Его тепловое сопротивление достигает 250 ° C / Вт ~ 300 ° C / Вт. Если новая силовая микросхема принимает традиционную форму пакета светодиодов, температура соединения будет быстро расти, и карбонизация эпоксидной смолы станет желтой из-за плохого рассеивания тепла. Ускоренный свет затухает до отказа даже из-за напряжения, вызванного быстрым тепловым расширением, вызванным отказом разомкнутой цепи.
Следовательно, для чипа питания светодиодов с большим рабочим током техническая составляющая устройства питания светодиодов - новая структура корпуса с низким тепловым сопротивлением, хорошим рассеиванием тепла и низким напряжением. Чип может быть связан с материалом с низким удельным сопротивлением и высокой теплопроводностью; медный или алюминиевый радиатор добавляется в нижнюю часть микросхемы, а полукапсулированная структура используется для ускорения отвода тепла; и даже вторичный радиатор предназначен для уменьшения теплового сопротивления устройства. Внутри устройства, заполненного эластичным силиконовым каучуком с высокой прозрачностью, в пределах температурного диапазона силиконового каучука (обычно -40 ° C ~ 200 ° C), гель не откроется из-за резких перепадов температуры и не будет появляться явление желтого цвета , Материалы деталей также должны учитывать их термические и термические свойства для достижения хороших общих термических свойств.
Технология вторичного оптического проектирования
Для повышения эффективности извлечения света устройством разработаны дополнительная отражающая чашка и несколько оптических линз.
Светодиодная технология белого света
Существует три распространенных метода достижения белого света:
(1) Синий чип покрыт люминофором YAG, синий свет чипа возбуждает люминофор, излучающий желто-зеленый свет 540 нм ~ 560 нм, а желто-зеленый свет и синий свет синтезируют белый свет. Способ относительно прост в приготовлении, высокоэффективен и практичен. Недостатком является то, что консистенция ткани плохая, люминофор легко осаждается, однородность светлой поверхности плохая, цветовой оттенок неоднороден, цветовая температура высокая, а цветопередача не идеальна.
(2) Три основных цвета RGB Несколько чипов или несколько устройств излучают свет для формирования белого света или используют синий + желтый зеленый двойной чип для получения белого света. Пока тепло рассеивается, белый свет, генерируемый этим способом, является более стабильным, чем первый способ, но управление является более сложным, и также учитываются различные скорости затухания света чипов разных цветов.
(3) Нанесите люминофор RGB на чип ультрафиолетового света и используйте фиолетовый свет для возбуждения люминофора, чтобы получить три основных цвета для формирования белого света. Из-за низкой эффективности существующих ультрафиолетовых чипов и люминофоров RGB он еще не достиг практической стадии.
Мы полагаем, что следующие технические проблемы должны быть решены, чтобы осуществить индустриализацию продуктов питания W-класса для светодиодов:
1. Контроль порошковой окраски. Метод покрытия, используемый в процессе светодиодный чип + люминофор, обычно заключается в смешивании люминофора с клеем и последующем нанесении его на чип с помощью дозатора. Во время операции, поскольку вязкость геля-носителя является динамическим параметром, удельная масса люминофора больше, чем у геля-носителя, а точность дозатора и точность дозатора контролируют однородность количество покрытия люминофора затруднено, в результате чего получается белый свет. Неравномерный цвет.
2, фотоэлектрические параметры пленки: характеристики полупроводникового процесса, один и тот же материал может определять оптические параметры (такие как длина волны, интенсивность света) и электрические (такие как прямое напряжение) разности параметров между одной и той же микросхемой пластины. Это особенно верно для трехцветных чипов RGB, которые оказывают большое влияние на параметры цветности белого. Это одна из ключевых технологий, которую необходимо решить при индустриализации.
3. Контроль параметров цветности света в соответствии с требованиями приложения. Для разных целей требования к цветовым координатам, цветовой температуре, цветопередаче, оптической мощности (или интенсивности света) и пространственному распределению света белых светодиодов различны. Контроль вышеуказанных параметров предполагает взаимодействие различных факторов, таких как структура продукта, метод процесса и материалы. В промышленном производстве важно контролировать вышеперечисленные факторы для получения продуктов, которые соответствуют требованиям применения и имеют хорошую согласованность.
Технология тестирования и стандарты
С развитием технологии производства микросхем класса W и технологии белых светодиодов светодиодная продукция постепенно выходит на (специальный) рынок освещения. Традиционные стандарты и параметры тестирования параметров светодиодной продукции, используемые для отображения или индикации, больше не могут соответствовать потребностям освещения. Производители полупроводникового оборудования в стране и за рубежом также выпустили собственные испытательные приборы. Существуют определенные различия в принципах тестирования, условиях и стандартах, используемых различными инструментами, что увеличивает сложность и сложность тестового приложения и работы по сравнению производительности продукта.
Китайская ассоциация промышленности оптической оптоэлектроники Подкомитет промышленности оптоэлектроники в 2003 году выпустил «Метод испытаний светодиодов» («Test Test Method (Trial) Method») в соответствии с потребностями разработки светодиодной продукции. Этот метод испытаний добавил правила на цветовые параметры светодиодов. Тем не менее, светодиоды должны выйти в светотехническую отрасль. Установление стандартов на светодиодное освещение является важным средством промышленной стандартизации.
Технология скрининга и обеспечение надежности
Из-за ограничения внешнего вида светильника пространство для монтажа светодиода герметично и ограничено, а герметичное и ограниченное пространство не способствует рассеиванию тепла светодиодами, что означает, что в среде использования освещения Светодиод уступает обычному дисплею и индикации светодиодной продукции. Кроме того, светодиод освещения работает в режиме сильноточного привода, что предъявляет к нему повышенные требования к надежности. В промышленном производстве необходимо проводить соответствующие термическое старение, температурный шок, тесты на процессы старения нагрузки для различных применений продукта, а также исключать продукты с ранним выходом из строя для обеспечения надежности продукта.
Технология электрозащиты
Поскольку GaN представляет собой материал с широкой запрещенной зоной, удельное сопротивление является высоким, и индуцированные заряды, генерируемые статическим электричеством в процессе производства, нелегко теряются и накапливаются в значительной степени, и может создаваться высокое электростатическое напряжение. Когда способность материала выдерживать превышается, произойдет разрушение и разряд. Синяя микросхема сапфировой подложки имеет положительный и отрицательный электроды на микросхеме с небольшим шагом. Для двойного гетероперехода InGaN / AlGaN / GaN активный тонкий слой InGaN составляет всего несколько десятков нанометров, а способность выдерживать электростатические нагрузки мала, что чрезвычайно просто. Это сломано статическим электричеством, чтобы отключить устройство.
Следовательно, в промышленном производстве целесообразно предотвращение статического электричества, которое напрямую влияет на выход продукта, надежность и экономические выгоды. Существует несколько методов предотвращения статического электричества:
1. Принять меры предосторожности против передачи, укладки и т. Д. Человеческого тела, платформы, земли, пространства и продуктов для производства и использования. Средствами являются антистатическая одежда, перчатки, браслеты, обувь, прокладки, коробки, ионные вентиляторы, приборы для тестирования и т. Д.
2. Разработать схему защиты от электростатического разряда на чипе.
3. Установите защитное устройство на светодиод.
Текущее состояние технологии упаковки светодиодов
Индикаторы питания делятся на индикаторы питания и индикаторы питания класса W. Входная мощность светодиода питания составляет менее 1 Вт (за исключением десятков милливатт мощности светодиода); входная мощность светодиода питания класса W равна или превышает 1 Вт.
Технология упаковки светодиодов зарубежного питания
(1) Индикатор питания
В самом начале, HP представила светодиод структуры пакета «Piranha» в начале 1990-х годов и представила улучшенный «SnapLED» в 1994 году. Он имеет два рабочих тока, 70 мА и 150 мА, а входная мощность может достигать 0,3 Вт. Затем OSRAM представила «PowerTOPLED». Позже, некоторые компании представили различные структуры пакетов питания светодиодов. Индикаторы питания этих структур в несколько раз превышают входную мощность светодиодов в исходной стойке, и тепловое сопротивление уменьшается на долю.
(2) индикатор питания класса W
Светодиод питания W-класса является основной частью будущего освещения, поэтому крупнейшие мировые компании вложили много сил в исследования и разработку технологии упаковки светодиодов питания W-класса.
Однокристальный силовой светодиод W-класса был впервые представлен Lumileds в 1998 году. Структура корпуса характеризуется термоэлектрическим разделением. Откидная микросхема непосредственно припаивается к радиатору с кремниевым носителем, и используются отражающая чашка и оптический элемент. Новые конструкции и материалы, такие как линзы и гибкие прозрачные клеи, теперь доступны в мощных светодиодах с однокристальной мощностью 1 Вт, 3 Вт и 5 Вт. В 2003 году OSRAM выпустила однокристальную серию светодиодов GoldenDragon, для которой характерны радиаторы и металлы. Печатная плата находится в прямом контакте и обладает хорошими характеристиками рассеивания тепла, а входная мощность может достигать 1 Вт.
Мощные светодиоды с многочиповым корпусом доступны во многих конструкциях и корпусах. В 2001 году корпорация UOE представила серию светодиодов Norlux в многочиповой упаковке с шестиугольной алюминиевой пластиной в качестве подложки. В 2003 году LaninaCeramics представила мощную светодиодную матрицу, упакованную по фирменной технологии низкотемпературной спеченной керамики (LTCC-M) компании на металлических подложках. В 2003 году компания Panasonic выпустила мощный светодиод белого цвета с 64 чипами. В 2003 году корпорация Nichia объявила, что это самый яркий белый светодиод в мире, со световым потоком 600 лм и выходным лучом 1000 лм. Это 30 Вт, максимальная входная мощность 50 Вт, а белый светодиодный модуль, обеспечивающий выставку, имеет световую отдачу 33 лм / Вт.
Что касается мощных светодиодов с многочиповой комбинацией, многие компании постоянно разрабатывают много новых продуктов с новой структурой и упаковкой в соответствии с фактическим спросом на рынке, и скорость их разработки очень высока.
Бытовая технология светодиодной упаковки
Отечественная светодиодная упаковка продукции более полная. По предварительным оценкам, в Китае насчитывается более 200 заводов по производству светодиодной упаковки с пропускной способностью более 20 млрд. Долл. В год, и возможности упаковки также очень высоки. Однако многие упаковочные фабрики являются частными компаниями, которые имеют небольшие масштабы. Однако мощные светодиоды серии MB, инкапсулированные по технологии MetalConding в китайской Тайваньской корпорации UEC (Национальный союз), характеризуются заменой подложки GaAs на Si, обеспечивающей хорошее рассеивание тепла, и использованием металлического связующего слоя в качестве слоя отражения света для улучшения световой поток ,
Что касается исследований и разработок мощных светодиодных упаковочных технологий, страна официально не поддержала инвестиции, и отечественные исследовательские подразделения редко вмешиваются. Сила инвестиций и исследований (людских и финансовых ресурсов) упаковочных предприятий все еще недостаточна, что создает слабую ситуацию в развитии упаковочных технологий в Китае. Технический уровень упаковки все еще сильно отличается от зарубежных стран.