EN
تكنولوجيا تغليف LED عالية الطاقة
Nov.20.2024
تُعتبر تقنية تغليف الـ LED ذي الطاقة العالية من المواضيع البحثية الساخنة في السنوات الأخيرة بسبب تعقيد هيكلها وعملياتها، وهي تؤثر بشكل مباشر على أداء وعمر الـ LED. وبالأخص، فإن تغليف الـ LED الأبيض ذي الطاقة العالية يُعد نقطة ساخنة بين المواضيع البحثية.
تتضمن وظائف تغليف الـ LED principalmente: 1. الحماية الميكانيكية لتحسين الموثوقية؛ 2. تعزيز التبريد لتقليل درجة حرارة اتصال الشريحة وتحسين أداء الـ LED؛ 3. التحكم البصري لتحسين كفاءة إخراج الضوء وتحسين توزيع الشعاع؛ 4. إدارة الطاقة، بما في ذلك تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر والتحكم في التزويد بالطاقة.
اختيار طرق تغليف LED والمواد والهياكل والعمليات يتحدد بشكل أساسي بواسطة عوامل مثل بنية الشريحة، الخصائص البصرية-الكهربائية/الميكانيكية، التطبيقات المحددة والتكلفة. وبعد أكثر من 40 عامًا من التطور، مرَّ تغليف LED بمراحل تطويرية مثل النوع البراغي (Lamp LED)، النوع SMD (SMD LED)، ونوع النواة العارية LED (COB LED).
التقنيات الرئيسية لتغليف LED عالي الطاقة
تتعلق عملية تغليف الـ LED ذي الطاقة العالية بشكل أساسي بالضوء، الحرارة، الكهرباء، البنية والعملية. هذه العوامل مستقلة عن بعضها البعض وفي نفس الوقت تؤثر على بعضها البعض. من بينها، الضوء هو الغاية من تغليف الـ LED، الحرارة هي المفتاح، الكهرباء، البنية والعملية هي وسائل، والأداء هو التجسيد المحدد لمستوى التغليف. من منظور توافق العملية وتقليل تكاليف الإنتاج، يجب أن يتم تصميم حزمة الـ LED بالتوازي مع تصميم الشريحة، أي أنه يجب أخذ بنية الحزمة والعملية في الاعتبار أثناء تصميم الشريحة. وإلا، بعد تصنيع الشريحة، قد تحتاج بنية الشريحة إلى التعديل بسبب الحاجة للتغليف، مما يؤدي إلى تمديد دورة تطوير المنتج وتكاليف العملية، وأحيانًا قد يكون ذلك مستحيلًا.
01 عملية تغليف ذات مقاومة حرارية منخفضة: بالنسبة لمستوى كفاءة الإضاءة الحالي لـ LED، بما أن حوالي 80% من الطاقة الكهربائية المدخلة تتحول إلى حرارة، ونظرًا لصغر مساحة شريحة LED، فإن تبديد الحرارة من الشريحة هو مشكلة رئيسية يجب حلها في تغليف LED. وتتضمن principalmente تصميم تخطيط الشرائح، واختيار مواد التغليف (مواد القاعدة، المواد الحرارية بين السطوح)، والعملية، وتصميم المبردات، وما إلى ذلك.
02 بنية وعملية استخراج ضوئي عالي الكفاءة أثناء استخدام الـ LEDs، يتم فقدان الفوتونات الناتجة عن التآزر الإشعاعي عند انبعاثها إلى الخارج بشكل رئيسي بسبب ثلاثة جوانب: العيوب الهيكلية الداخلية للشريحة واستيعاب المادة؛ خسارة انعكاس الفوتونات على واجهة الخروج بسبب فرق معامل الانكسار؛ وخسارة الانعكاس الكامل نتيجة زاوية الحادث أن تكون أكبر من الزاوية الحرجة للانعكاس الكامل. لذلك، لا يمكن للكثير من الأشعة أن تخرج من الشريحة إلى الخارج. من خلال طلاء طبقة من الغراء الشفاف (الغراء الصب) الذي يمتلك معامل انكسار مرتفع نسبيًا على سطح الشريحة، حيث يكون طبقة الغراء بين الشريحة والهواء، يتم تقليل فقدان الفوتونات على الواجهة بفعالية، مما يحسن كفاءة الاستخراج الضوئي. بالإضافة إلى ذلك، فإن دور الغراء الصب يتضمن حماية ميكانيكية للشريحة، وإطلاق الإجهاد، ودوره كهيكل قيادي للضوء. لذلك، يُطلب أن يكون له نفاذية ضوئية عالية، ومعامل انكسار مرتفع، واستقرار حراري جيد، وتدفق جيد، وسهولة الرش. من أجل تحسين موثوقية تغليف الـ LED، يُطلب أيضًا أن يكون الغراء الصب مقاومًا للرطوبة، ومنخفض الإجهاد، ومكافحًا للتآكل. في الوقت الحالي، يتم استخدام الغراء الصب الأكثر شيوعًا مثلرات الإيبوكسي والسيليكون. السيليكون أفضل بكثير من الإيبوكسي بسبب نفاذية ضوئية عالية، ومعامل انكسار مرتفع، واستقرار حراري جيد، وإجهاد منخفض، وامتصاص رطوبة منخفض. يستخدم على نطاق واسع في تغليف الـ LEDs ذات الطاقة العالية، لكن تكلفته أعلى نسبيًا.
في السنوات الأخيرة، أصبحت شرائح LED تدريجياً حبيبة صناعة العرض. وبفضل مزاياها مثل السطوع العالي، والإضاءة الذاتية، واللون الكامل، دخلت بشكل مستمر إلى مختلف أماكن العرض، وتعتبر تقنيتا التغليف SMD و COB من العوامل الرئيسية التي تدفع هذه التطورات.
ظهرت تقنية الإضاءة ثلاثية في واحد (SMD) ذات التركيب السطحي في عام 2002 وبدأت تسيطر تدريجياً على حصة سوق أجهزة عرض الإضاءة LED، حيث انتقلت من التغليف بالشكل الصنوبري إلى SMD. يتم في التغليف السطحي لصق شريحة واحدة أو أكثر من شرائح LED على قاعدة معدنية ذات إطار خارجي "كأس بلاستيكي" (تُوصل الأطراف الخارجية للقاعدة مع القطب الموجب والسالب للشريحة LED)، ثم يتم ملء الإطار الخارجي البلاستيكي بمادة لاصقة سائلة وتُخبز عند درجة حرارة عالية لتشكيلها، وأخيراً يتم قطعها إلى أجزاء فردية معبأة بطريقة التركيب السطحي. وبفضل استخدام تقنية التركيب السطحي (SMT)، فإن درجة التلقائية تكون نسبياً مرتفعة. مقارنة بتقنية التغليف الصنوبرية، فإن أجهزة LED ذات التغليف SMD تتمتع بأداء جيد في السطوع، والاتساق، والموثوقية، وزاوية الرؤية، والمظهر الخارجي وغيرها.