Instal·lacions avançades Producció eficientL’aplicació de leds de lluminositat ultra alta continua continuant expandint-se, primer entrant al mercat d’il·luminació especialitzada i avançant cap al mercat d’il·luminació general. A causa de l'augment continu de la potència d'entrada dels xips LED, es requereixen requisits més elevats en la tecnologia d'embalatge d'aquests LED de potència. La tecnologia d’envasament LED de potència ha de complir els dos requisits següents: en primer lloc, l’estructura del paquet ha de tenir una eficiència d’extracció de la llum elevada i, en segon lloc, la resistència tèrmica hauria de ser el mínim possible, per tal d’assegurar el rendiment fotoelèctric i la fiabilitat del poder LED.
Si s'ha d'utilitzar un LED semiconductor com a font d'il·luminació, el flux lluminós d'un producte convencional està lluny del d'una font de llum d'ús general com una làmpada incandescent o una làmpada fluorescent. Per tant, per desenvolupar leds en el camp de la il·luminació, la clau és augmentar l'eficiència i el flux lluminós al nivell de les fonts d'il·luminació existents. Els materials epitaxials utilitzats per als LED de potència utilitzen tecnologia de creixement epitaxial MOCVD i estructures quàntiques de pous quàntics. Tot i que cal millorar encara més l’eficiència quàntica interna, el major obstacle per obtenir un flux lluminós elevat és la baixa eficiència d’extracció de llum del xip. El disseny LED de potència existent adopta una nova estructura de soldadura de xip per millorar l'eficiència d'extracció de llum del xip, millorar les característiques tèrmiques del xip i augmentar l'eficiència de conversió fotoelèctrica del dispositiu augmentant la zona del xip i augmentant el corrent de funcionament. Flux lluminós més elevat. A més del xip, també és important la tecnologia d’embalatge del dispositiu. Els principals processos de tecnologia de packaging són:
Tecnologia de dissipació de la calor
L'estructura de paquets LED tipus indicador tradicional utilitza generalment cola conductora o no conductora per muntar el xip en una tassa reflectant de mida petita o sobre una taula portadora. El fil d'or s'utilitza per completar la connexió interna i externa del dispositiu i està encapsulat amb resina epoxi. La seva resistència tèrmica és de fins a 250 ° C / W ~ 300 ° C / W. Si el nou xip d'alimentació adopta la forma tradicional de paquets LED, la temperatura de la unió augmentarà ràpidament i la carbonització epoxi es tornarà de color groc a causa d'una mala dissipació de calor. Caiguda de la llum accelerada fins a fallar, fins i tot a causa de la tensió causada per una ràpida expansió tèrmica causada per una fallada del circuit obert.
Per tant, per a un xip de potència LED amb un corrent de funcionament de grans dimensions, una nova estructura de paquets amb baixa resistència tèrmica, bona dissipació de calor i baixa tensió és la clau tècnica del dispositiu LED de potència. El xip es pot unir amb un material de baixa resistivitat i alta conductivitat tèrmica; a la part inferior del xip s’afegeix un dissipador de calor de coure o alumini i s’utilitza una estructura semicapsulada per accelerar la dissipació de calor; i fins i tot un dissipador de calor secundari està dissenyat per reduir la resistència tèrmica de l’aparell. A l’interior del dispositiu, ple de cautxú de silicona flexible amb alta transparència, dins de l’interval de temperatures de la goma de silicona (generalment de -40 ° C ~ 200 ° C), el gel no s’obrirà a causa de canvis bruscos de temperatura i no apareixerà un fenomen groc. . Els materials de peces també han de tenir en compte les seves propietats tèrmiques i tèrmiques per aconseguir bones propietats tèrmiques en general.
Tecnologia de disseny òptic secundari
Per millorar l’eficiència d’extracció de llum del dispositiu, s’ha dissenyat una tassa reflectant addicional i múltiples lents òptiques.
Power LED tecnologia de llum blanca
Hi ha tres mètodes habituals per aconseguir la llum blanca:
(1) El xip blau està recobert de fòsfor YAG, la llum blava del xip excita el fòsfor per emetre llum de color groc-verd de 540 nm ~ 560 nm, i la llum de color groc-verd i blau sintetitzen llum blanca. El mètode és relativament senzill de preparar, alt d’eficiència i pràctic. El desavantatge és que la consistència del drap és deficient, el fòsfor és fàcil de precipitar, la uniformitat de la superfície de la llum és deficient, el to del color no és uniforme, la temperatura del color és alta i la representació del color no és ideal.
(2) RGB tres colors primaris Diversos xips o dispositius múltiples emeten llum per formar llum blanca, o utilitzen color complementari de xip doble blau + groc verd per produir llum blanca. Mentre es dissipa la calor, la llum blanca produïda pel mètode és més estable que l’anterior mètode, però la conducció és més complicada i també es consideren les diferents velocitats de càlcul de la llum de diferents xips de colors.
(3) Apliqueu fòsfor RGB al xip de llum ultraviolada i utilitzeu la llum violeta per excitar el fòsfor per produir tres colors primaris per formar llum blanca. A causa de la baixa eficiència dels actuals xips UV i fòsfors RGB, encara no ha arribat a la fase pràctica.
Creiem que s’han de resoldre els problemes tècnics següents per tal de realitzar la industrialització de productes de potència de classe W per a l’il·luminació:
1. Control del recobriment en pols: el mètode de recobriment utilitzat en el procés de xip LED + fòsfor sol barrejar el fòsfor amb la cola i després aplicar-lo al xip amb un dispensador. Durant l’operació, perquè la viscositat del gel portador és el paràmetre dinàmic, la gravetat específica del fòsfor és més gran que la del gel portador, i la precisió del distribuïdor i la precisió del distribuïdor, el control de la uniformitat de la quantitat de recobriment del fòsfor és difícil i es produeix llum blanca. Color desigual.
2, els paràmetres fotoelèctrics de la pel·lícula: les característiques del procés de semiconductor, el mateix material pot determinar els paràmetres òptics (com la longitud d'ona, la intensitat de la llum) i les diferències de paràmetres elèctrics (com ara el voltatge endavant) entre el mateix xip de la hòstia. Això és especialment cert per als xips tricromàtics RGB, que tenen un gran impacte en els paràmetres de cromàtica blanca. Aquesta és una de les tecnologies clau que cal resoldre en la industrialització.
3. Control dels paràmetres de cromaticitat de la llum segons els requisits de l'aplicació: amb diferents finalitats, els requisits per a les coordenades de color, la temperatura del color, la representació del color, la potència òptica (o la intensitat de la llum) i la distribució espacial de la llum dels LED blancs. El control dels paràmetres anteriors implica la cooperació de diversos factors com l'estructura del producte, el mètode de procés i els materials. En la producció industrial, és important controlar els factors anteriors per obtenir productes que compleixin els requisits de l'aplicació i tinguin una bona coherència.
Tecnologia i estàndards de prova
Amb el desenvolupament de la tecnologia de fabricació de xips de potència W i la tecnologia LED de color blanc, els productes LED estan entrant gradualment al mercat de la il·luminació (especial). Els tradicionals estàndards de prova de paràmetres de producte LED i els mètodes de prova utilitzats per a la visualització o la indicació ja no poden satisfer les necessitats de les aplicacions d'il·luminació. Els fabricants d’equips de semiconductors a la llar ia l’estranger també han llançat els seus propis instruments de prova. Hi ha certes diferències en els principis, condicions i estàndards de prova utilitzats per diferents instruments, cosa que augmenta la dificultat i la complexitat de l’aplicació de prova i el treball de comparació de rendiment del producte.
Associació de la indústria optoelectrònica de la Xina Optoelectrònica Associació de la indústria Optoelectrònica va llançar el "mètode de prova LED (prova)" el 2003 segons les necessitats del desenvolupament de productes LED. Aquest mètode de prova ha afegit regulacions sobre paràmetres colorimètrics LED. Tot i això, els LEDs necessiten expandir-se cap a la indústria de la il·luminació. L’establiment d’estàndards de productes d’il·luminació LED és un mitjà important de normalització industrial.
Garantia de fiabilitat i tecnologia de cribratge
A causa de la limitació de l’aparença de la lluminària, l’espai de muntatge del LED per a la il·luminació és tancat i limitat, i l’espai tancat i limitat no propicia la dissipació de calor del LED, cosa que significa que l’entorn per il·luminar el LED és inferior als productes convencionals de led i visualització. A més, el LED d'il·luminació funciona sota un impuls de corrent elevat, la qual cosa exigeix uns requisits de fiabilitat més elevats. En la producció industrial, cal dur a terme un envelliment tèrmic adequat, un xoc de cicle de temperatura, proves de cribatge de processos d’envelliment de càrrega per a diferents usos del producte i eliminar productes de falla precoç per garantir la fiabilitat del producte.
Tecnologia de protecció elèctrica
Com que GaN és un material de banda ampla, la resistivitat és alta i les càrregues induïdes generades per l'electricitat estàtica en el procés de producció no es perden fàcilment i s'acumulen en una mesura considerable i es pot generar un voltatge electrostàtic elevat. Quan se supera la capacitat de resistència del material, es produeix un fenomen de descomposició i es produeix l'alta. El xip blau del substrat safir té elèctrodes positius i negatius al xip amb un pas petit. Per a la heterojunció doble InGaN / AlGaN / GaN, la capa fina activa InGaN només té unes desenes de nanòmetres i la capacitat de resistència electrostàtica és petita, cosa que és extremadament fàcil. L'electricitat estàtica es desglossa per desactivar el dispositiu.
Per tant, en la producció industrial, la prevenció de l’electricitat estàtica és adequada, afectant directament el rendiment, la fiabilitat i els avantatges econòmics del producte. Hi ha diverses tècniques de prevenció de l'electricitat estàtica:
1. Tingueu precaucions contra la transmissió, apilament, etc., del cos humà, plataforma, terra, espai i productes per a la seva producció i ús. Els mitjans són roba antiestàtica, guants, polseres, sabates, coixins, caixes, ventiladors d’ions, instruments de prova, etc.
2. Dissenyar un circuit de protecció electrostàtic al xip.
3. Muntem el dispositiu de protecció al LED.
Estat actual de la tecnologia d'envasament LED de potència
Els LED d’alimentació es divideixen en LED d’alimentació i LED de potència de classe W. La potència d’entrada del LED d’alimentació és inferior a 1 W (excepte desenes de milliswatts de LED de potència); la potència d'entrada del LED de classe W és igual o superior a 1 W.
Tecnologia d’envasament LED d’energia exterior
(1) LED d’energia
Al més aviat, HP va introduir el LED de l'estructura de paquets "Piranha" a principis dels anys 90, i va introduir el "SnapLED" millorat el 1994. Té dos corrents de funcionament, 70mA i 150mA, i la potència d'entrada pot arribar a 0,3W. A continuació, OSRAM va introduir "PowerTOPLED". Més tard, algunes empreses van introduir una gran varietat d'estructures de paquets de LED. Els LED de potència d’aquestes estructures són diverses vegades superiors a la potència d’entrada de LED del paquet de rack original i la resistència tèrmica es redueix en una fracció.
(2) LED d'alimentació de classe W
El LED de potència de classe W és la part principal de la il·luminació futura, per la qual cosa les empreses més importants del món han invertit molta potència en investigar i desenvolupar la tecnologia d'embalatge de LED de classe W.
Lumileds va introduir per primera vegada el LED de potència de tipus W de classe xip el 1998. L'estructura del paquet es caracteritza per una separació termoelèctrica. El flip chip es solda directament al dissipador de calor amb un portador de silici, i s’utilitza una tassa reflectant i òptica. Les noves estructures i materials, com les lents i els adhesius transparents flexibles, ja estan disponibles en LED de gran potència amb un xip 1W, 3W i 5W. OSRAM va llançar el 2003 la sèrie de LED "GoldenDragon" d'un sol xip, que es caracteritza per dissipadors de calor i metalls. La placa de circuit està en contacte directe i té un bon rendiment de dissipació de calor i la potència d’entrada pot arribar a 1W.
Els LED d'alta potència amb paquets de diversos xips estan disponibles en moltes estructures i paquets. El 2001, UOE Corporation va introduir la sèrie de leds Norlux en un paquet de diversos xips amb placa d'alumini hexagonal com a substrat. El 2003, LaninaCeramics va introduir una matriu LED d'alta potència empaquetada en la tecnologia de ceràmica sinteritzada de baixa temperatura (LTCC-M) de la companyia sobre substrats metàl·lics. El 2003, Panasonic va llançar un LED blanc d'alta potència empaquetat per una combinació de 64 xips. El 2003, Nichia Corporation va anunciar que és el LED blanc més brillant del món, amb un flux lluminós de 600 lm i un feix de sortida de 1000 lm. És de 30 W, la potència màxima d’entrada és de 50 W i el mòdul LED blanc que proporciona l’exposició té una eficiència lluminosa de 33lm / W.
Pel que fa als LED d’alta potència amb combinació de diversos xips, moltes empreses han desenvolupat contínuament molts nous productes amb nova estructura i embalatge d’acord amb la demanda real del mercat, i la seva velocitat de desenvolupament és molt ràpida.
Tecnologia d'envasament LED de potència domèstica
Els productes envasos LED domèstics són més complets. Segons estimacions preliminars, hi ha més de 200 fàbriques d’envasos LED a la Xina, amb una capacitat d’embalatge superior a 20 mil milions i any, i la capacitat d’embalatge també és molt forta. Tot i això, moltes fàbriques d’envasos són empreses privades, d’escala reduïda. Tot i això, els LED de gran potència de la sèrie MB encapsulats mitjançant la tecnologia MetalConding a la Xina Taiwan UEC Corporation (Unió Nacional) es caracteritzen per substituir el substrat GaAs per Si, proporcionar una bona dissipació de calor i utilitzar una capa d’enllaç metàl·lic com a capa de reflexió de la llum per millorar. sortida de llum .
Per a la investigació i el desenvolupament de tecnologia d’envasos LED d’alta potència, el país no ha donat suport oficialment a la inversió i les unitats de recerca nacionals rarament hi intervenen. La força de la inversió i la investigació (mà d’obra i recursos financers) de les empreses envasadores no és encara suficient, cosa que constitueix un dèbil desenvolupament intern de la tecnologia d’envasos. El nivell tècnic dels envasos continua sent força diferent del dels països estrangers.