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Tecnologia de embalagem de LED de alta potência
Nov.20.2024
A embalagem de LED de alta potência tem sido um ponto quente de pesquisa nos últimos anos devido à sua estrutura e processo complexos, e afeta diretamente o desempenho e a vida útil do LED. Em particular, a embalagem de LEDs de luz branca de alta potência é um ponto alto entre os tópicos de pesquisa.
As funções da embalagem de LED incluem principalmente: 1. Proteção mecânica para aumentar a confiabilidade; 2. Reforço da dissipação de calor para reduzir a temperatura da junção do chip e melhorar o desempenho do LED; 3. Controle óptico para melhorar a eficiência de saída de luz e otimizar a distribuição do feixe; 4. Gerenciamento de alimentação, incluindo conversão AC/DC e controle de alimentação.
A seleção dos métodos de embalagem de LEDs, materiais, estruturas e processos é determinada principalmente por fatores como a estrutura do chip, propriedades óptico-eletrônicas/mecânicas, aplicações específicas e custos. Após mais de 40 anos de desenvolvimento, a embalagem de LEDs passou pelas etapas de desenvolvimento de tipo suporte (Lamp LED), tipo SMD (SMD LED), e tipo núcleo exposto LED (COB LED).
Tecnologias-chave da embalagem de LEDs de alta potência
O embalagem de LEDs de alta potência envolve principalmente luz, calor, eletricidade, estrutura e processo. Esses fatores são tanto independentes quanto interdependentes uns dos outros. Entre eles, a luz é o objetivo do encapsulamento do LED, o calor é o ponto-chave, a eletricidade, a estrutura e o processo são meios, e o desempenho é a representação concreta do nível de embalagem. Do ponto de vista da compatibilidade do processo e da redução dos custos de produção, o design do pacote LED deve ser realizado simultaneamente ao design do chip, ou seja, a estrutura e o processo de embalagem devem ser considerados durante o design do chip. Caso contrário, após a fabricação do chip, a estrutura do chip pode precisar ser ajustada devido às necessidades de embalagem, o que pode prolongar o ciclo de desenvolvimento do produto e aumentar os custos do processo, e às vezes até tornar-se impossível.
01 Processo de embalagem com baixa resistência térmica. Para o nível atual de eficiência luminosa dos LEDs, como cerca de 80% da energia elétrica de entrada é convertida em calor e a área do chip LED é pequena, a dissipação de calor do chip é um problema-chave que deve ser resolvido na embalagem do LED. Ele inclui principalmente o layout do chip, a seleção de materiais de embalagem (material de substrato, material de interface térmica) e o processo, além do design do dissipador de calor, etc.
02 Estrutura e processo de embalagem com alta taxa de extração de luz. Durante o uso de LEDs, a perda de fótons gerados pela recombinação por radiação ao serem emitidos para fora inclui principalmente três aspectos: defeitos estruturais internos do chip e absorção do material; perda de reflexão dos fótons na interface de saída devido à diferença de índice de refração; e perda de reflexão total causada pelo ângulo de incidência ser maior que o ângulo crítico de reflexão total. Portanto, muitos raios não conseguem ser emitidos do chip para o exterior. Aplicando uma camada de cola transparente (cola de encapsulamento) com um índice de refração relativamente alto na superfície do chip, como a camada de cola está entre o chip e o ar, a perda de fótons na interface é reduzida eficazmente, melhorando a eficiência de extração de luz. Além disso, a função da cola de encapsulamento também inclui proteção mecânica do chip, liberação de tensão e como uma estrutura de guia de luz. Portanto, é necessário que tenha alta transparência, alto índice de refração, boa estabilidade térmica, boa fluidez e facilidade de pulverização. Para melhorar a confiabilidade da embalagem do LED, exige-se que a cola de encapsulamento tenha baixa absorção de umidade, baixa tensão e resistência ao envelhecimento. Atualmente, as colas de encapsulamento mais comuns incluem resina epoxídica e silicone. O silicone é significativamente superior à resina epoxídica devido à sua alta transparência, alto índice de refração, boa estabilidade térmica, baixa tensão e baixa absorção de umidade. É amplamente utilizado no encapsulamento de LEDs de alta potência, mas o custo é relativamente alto.
Nos últimos anos, os chips de LED gradualmente se tornaram o queridinho da indústria de exibição. Com as vantagens de alta luminosidade, autoluminescência e cor completa, eles têm continuamente entrado em diversos locais de exibição, e o embalamento SMD e COB são os principais fatores impulsionando esse desenvolvimento.
O LED de montagem superficial três-em-um (SMD) surgiu em 2002 e gradualmente conquistou a fatia de mercado dos dispositivos de exibição LED, mudando do embalamento de tipo pino para SMD. A embalagem de montagem superficial consiste em ligar um único ou múltiplos chips LED a um suporte metálico com uma moldura externa plástica em formato de "copo" (os pinos externos do suporte estão conectados aos polos P e N do chip LED, respectivamente), e então preencher a moldura externa plástica com cola de embalagem líquida, assando-a em alta temperatura para formação, e finalmente cortando-a em dispositivos individuais de embalagem de montagem superficial. Como pode ser utilizada a tecnologia de montagem superficial (SMT), o grau de automação é relativamente alto. Comparado à tecnologia de embalagem de tipo pino, os LEDs SMD apresentam boas performances em brilho, consistência, confiabilidade, ângulo de visão, aparência, entre outros.