EN
Технология упаковки высокоэффективных светодиодов
Nov.20.2024
Упаковка высокоэффективных светодиодов в последние годы является объектом интенсивных исследований из-за своей сложной структуры и процесса, что напрямую влияет на производительность и срок службы светодиода. В частности, упаковка высокоэффективных белых световых светодиодов является одной из ключевых тем исследований.
Основные функции упаковки светодиодов включают: 1. Механическая защита для повышения надежности; 2. Усиление отвода тепла для снижения температуры соединения чипа и улучшения характеристик светодиода; 3. Оптический контроль для повышения эффективности светового выхода и оптимизации распределения лучей; 4. Управление питанием, включая преобразование переменного тока в постоянный и управление подачей питания.
Выбор методов упаковки светодиодов, материалов, конструкций и процессов в основном определяется факторами, такими как структура чипа, оптоэлектронные/механические свойства, конкретные применения и затраты. За более чем 40 лет развития упаковка светодиодов прошла этапы развития: тип с креплением (Lamp LED), тип SMD (SMD LED), тип с открытым ядром LED (COB LED).
Ключевые технологии упаковки высокоэффективных светодиодов
Упаковка высокоэффективных светодиодов в основном охватывает свет, тепло, электричество, конструкцию и процесс. Эти факторы являются как независимыми друг от друга, так и взаимно влияющими. Среди них свет является целью упаковки светодиода, тепло — ключевым аспектом, электричество, конструкция и процесс являются средствами, а производительность — конкретным воплощением уровня упаковки. С точки зрения совместимости процессов и снижения производственных затрат, проектирование упаковки светодиода должно проводиться одновременно с проектированием чипа, то есть структура и процесс упаковки должны учитываться при разработке чипа. В противном случае, после изготовления чипа, его структура может быть изменена из-за необходимости упаковки, что приведет к удлинению цикла разработки продукта и увеличению стоимости процесса, а иногда и к невозможности реализации.
01 Процесс упаковки с низким тепловым сопротивлением. Для текущего уровня световой эффективности светодиодов, так как примерно 80% входящей электрической энергии преобразуется в тепло, а площадь светодиодного чипа мала, отвод тепла от чипа является ключевой проблемой, которую необходимо решить при упаковке светодиодов. Это включает в себя размещение чипа, выбор материалов для упаковки (материала субстрата, теплового интерфейсного материала) и процесс, проектирование радиатора, и т.д.
02 Структура и процесс упаковки с высокой эффективностью извлечения света. При использовании светодиодов потери фотонов, создаваемых радиационной рекомбинацией при выходе наружу, в основном включают три аспекта: внутренние структурные дефекты чипа и поглощение материалом; отражательные потери фотонов на интерфейсе выхода из-за разницы показателя преломления; и полные рефлекторные потери, вызванные тем, что угол падения больше критического угла полного отражения. Поэтому многие лучи не могут быть излучены из чипа наружу. Нанесение слоя прозрачного клея (заполняющего клея) с относительно высоким показателем преломления на поверхности чипа, так как слой клея находится между чипом и воздухом, эффективно снижает потерю фотонов на интерфейсе и повышает эффективность извлечения света. Кроме того, роль заполняющего клея также включает механическую защиту чипа, снятие напряжения и использование в качестве световодящей структуры. Поэтому требуется высокая светопроницаемость, высокий показатель преломления, хорошая термическая стабильность, хорошая текучесть и легкость распыления. Для повышения надежности упаковки светодиодов заполняющий клей также должен иметь низкое водопоглощение, низкое напряжение и устойчивость к старению. В настоящее время часто используемые заполняющие клеи включают эпоксидную смолу и силикон. Силикон значительно лучше эпоксидной смолы благодаря высокой светопроницаемости, высокому показателю преломления, хорошей тепловой стабильности, низкому напряжению и низкому водопоглощению. Он широко применяется в упаковке высокоэффективных светодиодов, но стоимость относительно высока.
В последние годы светодиодные чипы постепенно стали любимцами дисплейной индустрии. Благодаря преимуществам высокой яркости, самосветящимся свойствам и полному цветовому охвату, они продолжают проникать в различные области отображения, а SMD-упаковка и COB-упаковка являются основными факторами, способствующими этому развитию.
Поверхностный монтажный трёхвальный (SMD) светодиод появился в 2002 году и постепенно занял долю рынка устройств на основе светодиодных экранов, сместив пин-тип упаковку на SMD. Технология поверхностного монтажа заключается в том, чтобы приклеить один или несколько светодиодных чипов к металлической скобе с пластиковым "чашеобразным" внешним каркасом (внешние выводы скобы соединяются с P и N полюсами светодиодного чипа соответственно), а затем заполнить пластиковый внешний каркас жидкой упаковочной эпоксидной смолой, после чего её высушивают при высокой температуре для формирования, и в конце разрезают на отдельные устройства с поверхностной упаковкой. Поскольку используется технология поверхностного монтажа (SMT), степень автоматизации относительно высока. В сравнении с пин-тип упаковочной технологией, у SMD светодиодов есть хорошие характеристики яркости, согласованности, надёжности, углов обзора, внешнего вида и т.д.