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고출력 LED 패키징 기술
Nov.20.2024
복잡한 구조와 공정을 가지고 있어 성능과 수명에 직접적인 영향을 미치는 고출력 LED 패키징은 최근 몇 년간 연구의 핫 이슈가 되었으며, 특히 고출력 백색광 LED 패키징은 핫 이슈 중에서도 주목받는 분야이다.
LED 패키징의 주요 기능은 다음과 같습니다: 1. 기계적 보호로 신뢰성을 향상시키기; 2. 열 방산 강화로 칩 접합 온도를 낮추고 LED 성능을 개선하기; 3. 광학 제어로 광 출력 효율을 향상시키고 빔 분포를 최적화하기; 4. 전원 관리, AC/DC 변환 및 전원 제어 포함.
LED 패키징 방식, 재료, 구조 및 공정의 선택은 주로 칩 구조, 광전기적/기계적 특성, 특정 응용 분야 및 비용 등의 요인에 의해 결정됩니다. 40년 이상의 발전을 거치면서 LED 패키징은 브래킷 형식(Lamp LED), SMD 형식(SMD LED), 베어 코어 형식 LED(COB LED) 단계를 거쳤습니다.
고출력 LED 패키징의 핵심 기술
고출력 LED 패키징은 주로 광, 열, 전기, 구조 및 공정과 관련이 있습니다. 이러한 요소들은 서로 독립적이지만 서로 영향을 미칩니다. 그중에서도 광은 LED 패키징의 목적이고, 열은 핵심 요소이며, 전기, 구조 및 공정은 수단이며, 성능은 패키징 수준의 구체적인 척도입니다. 공정 호환성과 생산 비용 절감 측면에서 LED 패키지 설계는 칩 설계와 동시에 이루어져야 합니다. 즉, 칩을 설계할 때 패키지 구조와 공정을 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 칩이 제작된 후 패키징 필요에 따라 칩 구조가 수정되어 제품 개발 주기가 연장되고 공정 비용이 증가하며, 때로는 불가능한 경우도 있습니다.
01 낮은 열 저항 포장 공정 현재 LED 조명 효율 수준에서 입력 전기 에너지의 약 80%가 열로 변환되고 LED 칩 면적이 작기 때문에, 칩 냉却是 LED 패키징에서 반드시 해결해야 할 주요 문제입니다. 이는 주로 칩 배치, 포장 재료 선택(기판 재료, 열 인터페이스 재료) 및 공정, 히트 싱크 설계 등이 포함됩니다.
02 높은 광 추출 효율의 패키징 구조 및 공정 LED 사용 중, 방사 재결합에 의해 생성된 포톤이 외부로 방출될 때 발생하는 손실은 주로 세 가지 측면에서 발생합니다: 칩 내부 구조 결함과 재료 흡수; 굴절률 차이로 인한 출구 인터페이스에서의 포톤 반사 손실; 그리고 임계각보다 큰 입사각으로 인해 발생하는 전반사 손실입니다. 따라서 많은 광선들이 칩에서 외부로 방출되지 않습니다. 칩 표면에 비교적 높은 굴절률을 가진 투명 접착제(포팅 접착제)를 도포하면, 접착제층이 칩과 공기 사이에 위치하여 인터페이스에서의 포톤 손실을 효과적으로 줄이고 광 추출 효율을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 포팅 접착제의 역할에는 칩의 기계적 보호, 스트레스 완화 및 광 안내 구조로 작용하는 것도 포함됩니다. 따라서 고광투과율, 높은 굴절률, 우수한 열 안정성, 좋은 유동성, 분무 용이성이 요구됩니다. LED 패키징의 신뢰성을 향상시키기 위해 포팅 접착제는 낮은 흡습성, 낮은 스트레스, 노화 저항성이 필요합니다. 현재 일반적으로 사용되는 포팅 접착제에는 에폭시 수지와 실리콘 수지가 있습니다. 실리콘은 높은 광투과율, 높은 굴절률, 우수한 열 안정성, 낮은 스트레스, 낮은 흡습성 때문에 에폭시 수지보다 현저히 우수하며, 고출력 LED 패키징에 널리 사용되고 있지만 비용이 상대적으로 높습니다.
최근 몇 년간 LED 칩은 점차 디스플레이 산업의 주역이 되었습니다. 고광도, 자발광, 전색 등장점 덕분에 다양한 디스플레이 장소에 지속적으로 도입되고 있으며, SMD 패키지와 COB 패키지는 이 발전을 견인하는 주요 요소입니다.
표면 실장형 3-in-1 (SMD) LED는 2002년에 등장하여 점차 LED 디스플레이 장치의 시장 점유율을 확대하며, 핀 형태의 패키지에서 SMD로 전환되었습니다. 표면 실장 패키지는 단일 또는 다중 LED 칩을 플라스틱 '컵 모양' 외부 프레임이 있는 금속 브래킷에 결합한 후(브래킷의 외부 핀은 각각 LED 칩의 P극과 N극에 연결됨), 액체 패키지接着제를 플라스틱 외부 프레임에 주입하고 고온에서 구워 형성한 다음, 개별 표면 실장 패키지 장치로 절단하는 공정입니다. 표면 실장 기술(SMT)을 사용할 수 있어 자동화 수준이 비교적 높습니다. 핀 형태의 패키지 기술과 비교했을 때, SMD LED는 밝기, 일관성, 신뢰성, 시야각, 외관 등에서 우수한 성능을 보여줍니다.