LED (Light Emitting Diode) hat sich zu den internationalen aufstrebenden strategischen Industrie Wettbewerb Hot Spots. In der LED-Industrie-Kette umfasst der Upstream Substratmaterialien, Epitaxie-, Chip-Design und -Herstellung, Midstream deckt Verpackungstechnologie, Ausrüstung und Prüftechnik, nachgelagerte LED-Anzeige, Beleuchtung und Beleuchtungsanwendungen. Derzeit die Hauptanwendung der blauen LED + gelbe Phosphor-Technologie, um weiße LED mit hoher Leistung, dh durch die GaN-basierte blaue LED-Teil des blauen Lichts zu stimulieren YAG (Yttrium Aluminium Granat) gelben Leuchtstoff gelb emittieren und der andere Teil des blauen Lichts, das durch den Phosphor emittiert wird, Der gelbe Phosphor emittiert gelbes Licht und mischt das blaue Licht, um weißes Licht zu erhalten. Blu-ray LED-Chip durch das blaue Licht durch die Beschichtung um den gelben Leuchtstoff ausgegeben, ist der Leuchtstoff Teil des blauen Lichts nach der Ausgabe von gelbem Licht, blaues Lichtspektrum und Gelblichtspektrum überlappen nach der Bildung von weißem Licht.
Hochleistungs-LED-Verpackungen als ein wichtiges Glied in der industriellen Kette ist es, die Halbleiterbeleuchtung und -anzeige für die praktische Kernherstellungstechnologie zu fördern. Nur durch die Entwicklung von niedrigen thermischen Widerstand, hohe Effizienz und hohe Zuverlässigkeit der LED-Verpackung und Fertigungstechnologie, die LED-Chip für einen guten mechanischen und elektrischen Schutz, reduzieren die mechanischen, elektrischen, thermischen, nassen und anderen externen Faktoren auf die Chipleistung, Chip stabile und zuverlässige Arbeit, um effiziente und nachhaltige High-Performance-Beleuchtung und Display, LED-spezifische Energiesparvorteile bieten und fördern die gesamte Halbleiter-Beleuchtung und Display-Industrie Kette gutartige Entwicklung. Angesichts der betroffenen ausländischen Unternehmen im Interesse der Marktüberlegungen werden die relevanten Kerntechnologien und -einrichtungen durch Blockade-Maßnahmen beseitigt, so dass die Entwicklung einer eigenständigen Hochleistungs-LED-Verpackungstechnologie, insbesondere weißer LED-Verpackungsanlagen, bevorsteht. In diesem Beitrag werden kurz die Forschung und Anwendung von Hochleistungs-LED-Verpackungen vorgestellt, die wichtigsten technischen Probleme im Prozess von Hochleistungs-LED-Verpackungen analysiert und zusammengefasst, um die Aufmerksamkeit der inländischen Kollegen zu wecken, Power-LED-Schlüssel-Technologie und Geräte Autonomie Die
Die Verpackungstechnologie spielt eine wichtige Rolle bei der LED-Leistung. LED-Verpackungsmethoden, Materialien, Struktur und Prozessauswahl vor allem durch die Chip-Struktur, lichtelektrische / mechanische Eigenschaften, spezifische Anwendung und Kosten Faktoren wie die Entscheidung. Mit der Zunahme der Macht, vor allem die Entwicklung von Festkörper-Beleuchtungstechnologie Bedürfnisse, LED-Verpackung optische, thermische, elektrische und mechanische Struktur, neue und höhere Anforderungen. Um den thermischen Widerstand des Gehäuses effektiv zu reduzieren, die Effizienz des Lichts zu verbessern, müssen Sie eine neue technische Ideen für die Ausführung der Verpackung verwenden. Aufgrund der Prozesskompatibilität und der Reduzierung der Produktionskosten sollte das Design der LED-Pakete gleichzeitig mit dem Chipdesign durchgeführt werden, dh das Chipdesign sollte die Verpackungsstruktur und den Prozess berücksichtigen. Derzeitige Macht LED-Paket Struktur der wichtigsten Trends sind: geringe Größe, minimale Gerätewiderstand, flache Patch, beständig gegen die höchste Junction-Temperatur, einzelne Lichtflussmaximierung; Ziel ist es, den Lichtstrom, die Lichtausbeute zu verbessern, Licht zu reduzieren Ausfall, Ausfallrate, erhöhte Konsistenz und Zuverlässigkeit. Die Schlüsseltechnologien der Hochleistungs-LED-Verpackungen umfassen insbesondere: thermische Dispersionstechnologie, optische Designtechnologie, Strukturdesigntechnologie, Phosphorbeschichtungstechnologie, eutektische Schweißtechnologie.
1, K ooltechnik
Die allgemeine Knotentemperatur kann 120 ℃ nicht überschreiten , sogar LumiLEDs, Nichia, CREE, etc. führten das späteste Gerät ein, die maximale Knotentemperatur kann 1500 ℃ nicht überschreiten. So kann der Wärmestrahlungseffekt von LED-Vorrichtungen vernachlässigbar sein, Wärmeleitung und Konvektion ist der Hauptweg der LED-Wärmeableitung. In der thermischen Gestaltung von den Wärmeleitungsaspekten, weil die Wärme von der LED-Paket-Modul zuerst zum Heizkörper leitet. So ist das Bindemittel, das Substrat der Schlüssel zur LED-Kühltechnik.
Bonding-Materialien sind vor allem thermoplastische, leitfähige Silberpaste und Legierungslot drei wichtigsten Arten. Die leitende Paste ist eine Art Verbundmaterial, das durch Zugabe von Silberpulver in das Epoxyharz gebildet wird, und der Klebstoff wird gehärtet, indem man einen Füllstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie SiC, A1N, A12O3, SiO2 usw. hinzufügt, um seine Wärmeleitfähigkeit zu verbessern . Die Temperatur ist im Allgemeinen niedriger als 200 ° C , weist eine gute Wärmeleitfähigkeit , eine gute Bondingleistung und eine zuverlässige Leistung auf, aber die Silberabsorption von Licht ist relativ groß, was zu einer verringerten Lichtausbeute führt.
Das Substrat umfasst hauptsächlich drei Arten von Keramiksubstraten, Keramiksubstraten und Verbundsubstraten. Keramische Substrate sind hauptsächlich LTCC-Substrate und AIN-Substrate. Das LTCC-Substrat ist einfach zu formen, einfach zu verarbeiten, kostengünstig und einfach zu fertigen, eine Vielzahl von Formen und viele andere Vorteile; Al und Cu sind LED-Verpackung Substrat hervorragende Material aufgrund der Leitfähigkeit von Metall-Materialien, um seine Oberfläche Isolierung, oft durch anodisiert, um eine dünne isolierende Schicht auf seiner Oberfläche zu bilden. Metallbasierte Verbundmaterialien sind hauptsächlich Cu-basierte Verbundmaterialien, Al-basierte Verbundmaterialien. Occhionero et al. Erforscht die Verwendung von AlSiC in Flip-Chip-, optoelektronischen Bauelementen, Leistungsbauelementen und leistungsstarken LED-Thermosubstraten. Die Zugabe von pyrolytischem Graphit zu AlSiC erfüllt auch die Anforderungen für eine höhere Wärmeableitung. Die Zukunft des Verbundsubstrats besteht hauptsächlich aus fünf Arten: kohlenstoffhaltige Materialien mit monolithischer Schaltung, Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, Polymermatrix-Verbundwerkstoffe, Kohlenstoffverbundwerkstoffe und fortgeschrittene Metalllegierungen.
Darüber hinaus ist die Paket-Schnittstelle auf den thermischen Widerstand auch großartig, der Schlüssel zur Verbesserung der LED-Paket ist es, den thermischen Widerstand der Schnittstelle und Schnittstelle zu reduzieren, die Wärmeableitung zu verbessern. Daher ist die Wahl des thermischen Grenzflächenmaterials zwischen dem Chip und dem Wärmeableitungssubstrat sehr wichtig. Die Verwendung von Niedertemperatur- oder eutektischem Lot, Lötpaste oder innerhalb der Nanopartikel von leitfähigem Klebstoff als thermisches Grenzflächenmaterial kann den Wärmewiderstand der Grenzfläche stark reduzieren.
2, O ptical Design Technologie
Das optische Design des LED-Pakets umfasst sowohl optisches Design als auch externes optisches Design.
Die folgenden sind die gleichen wie die "
Der Schlüssel zum optischen Design liegt in der Wahl und Anwendung von Vergussmassen. Bei der Wahl der Vergussmasse, erfordern ihre hohe Durchlässigkeit, hohe Brechungsindex, gute thermische Stabilität, gute Fließfähigkeit, leicht zu sprühen. Um die Zuverlässigkeit von LED-Verpackungen zu verbessern, muss aber auch eine Vergussmasse mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme, geringer Beanspruchung, Temperatur- und Umweltschutz und anderen Eigenschaften verwendet werden. Üblicherweise verwendete Vergussmassen schließen Epoxid und Silikon ein. Unter diesen hat das Silicagel eine hohe Lichtdurchlässigkeit (Durchlässigkeit für sichtbares Licht von mehr als 99%), einen hohen Brechungsindex (1,4 bis 1,5), eine gute thermische Stabilität (kann einer hohen Temperatur von 200 ° C standhalten ) niedrige Feuchtigkeitsabsorption (weniger als 0,2%) und andere Eigenschaften, die deutlich besser sind als Epoxidharz, in Hochleistungs-LED-Verpackungen sind weit verbreitet. Aber die Kieselgel Leistung durch die Umgebungstemperatur einen größeren Aufprall, so dass die LED-Licht-Effizienz und Lichtintensität Verteilung, so dass die Kieselgel Vorbereitung Prozess zu verbessern.
Externes optisches Design bezieht sich auf die Konvergenz des Lichtstrahls, die Formgebung, um eine gleichmäßige Verteilung der Lichtintensität des Lichtfeldes zu bilden. Das Array-Modul umfasst hauptsächlich die Konstruktion von reflektierendem Kondensatorbecher (primäroptisch) und Kunststofflinsen (sekundäre Optik) und umfasst auch die Chiparrayverteilung. Die Linse wird üblicherweise in Form einer konvexen Linse, einer konkaven Linse, einer sphärischen, einer Fresnel-Linse, einer modularen Linse, einer Linse und einer Hochleistungs-LED-Montage verwendet, die in luftdichter und halbdichter Verpackung verwendet werden können. In den letzten Jahren kann mit der Vertiefung der Forschung unter Berücksichtigung der Integrationserfordernisse nach dem Verpacken für die Strahlformungslinse unter Verwendung eines Mikrolinsenarrays eine Mikrolinsenanordnung im optischen Weg eine zweidimensionale parallele Konvergenz, Formung, Kollimation usw. spielen Es hat die Vorteile einer hohen Anordnungsgenauigkeit, einfacher Herstellung und einfacher Kopplung mit anderen planaren Vorrichtungen. Die Forschung zeigt, dass die Verwendung von diffraktiven Mikrolinsenarrays anstelle von gewöhnlichen Linsen oder Fresnel-Mikrolinsen die Strahlqualität erheblich verbessern und die Intensität des austretenden Lichts verbessern kann. LED ist die vielversprechendste neue Technologie für die Strahlformung.
3, LED-Paket Struktur
LED-Packaging-Technologie und Struktur hat eine Blei-Typ, Power-based Packaging, SMD (SMD), Bord direkt beladen (COB) vier Stufen.
4, P hosphorbeschichtungstechnologie
Lichtkonvertierungsstruktur, das heißt Phosphor-Beschichtungsstruktur, hauptsächlich für LED-weiße Lichttechnologie, ist der Zweck LED-Chip durch die kürzere Wellenlänge des Lichts in komplementäre (Farbe komplementäres weißes Licht) lange Wellenlänge des Lichts ausgegeben.
Gegenwärtig gibt es drei Möglichkeiten, weißes Licht mit Phosphor zu erzeugen: blaue LED mit gelbem Phosphor; blaue LED mit rotem, grünem Phosphor; UV-LED mit rotem, grünem und blauem Leuchtstoff. Eine der kommerziellen weißen LED ist meist blaue LED mit gelbem Phosphor-Single-Chip-Typ, blaue LED mit rotem, grünem Phosphor weiß nur in Osram, Lumileds und andere Unternehmen berichteten über das Patent, aber immer noch nicht kommerzialisiert Produkte erscheinen und UV- LED mit dreifarbigem Phosphor befindet sich noch in der Entwicklung. Die Vor- und Nachteile verschiedener Leuchtstoffe zur Herstellung von weißer LED sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Bestehende Beschichtungsverfahren, wie unten gezeigt, haben ihre Vor- und Nachteile. Gegenwärtig wird im Leuchtstoffbeschichtungsverfahren häufig der Phosphor und das Vergießen und dann direkt auf dem Chip verwendet. Da es schwierig ist, die Dicke und Form der Phosphorbeschichtung genau zu steuern, fällt die Farbe des austretenden Lichts nicht mit dem Auftreten von partiellem Blau oder Vergilben zusammen. GEs Forschung von Arik et al. Zeigt, dass der Leuchtstoff direkt auf dem Chip bedeckt ist, was zu einem Anstieg der Leuchtstofftemperatur führt, was wiederum die Quanteneffizienz des Leuchtstoffs verringert und die Umwandlungseffizienz der Verpackung ernsthaft beeinträchtigt.
Und basierend auf dem Beschichtungsprozess der konforme Beschichtung Technologie kann eine gleichmäßige Beschichtung von Phosphor erreichen, so dass die Gleichmäßigkeit der Lichtfarbe gewährleistet. Diese Technologie ist jedoch schwierig und ein großer Teil des blauen Lichts, das von der LED direkt durch die Leuchtstoffschicht emittiert wird, reflektiert zurück auf den Chip, der direkt vom Chip absorbiert wird und die Lichtausbeute ernsthaft beeinträchtigt. Yamada, Narendran usw. fanden, dass die Rückstreueigenschaften des Leuchtstoffs 50% bis 60% der positiven Einfallslichtrückwärtsstreuung ausmachen.
Es gibt auch ein Beschichtungsverfahren, bei dem die Leuchtstoffschicht weit entfernt von dem LED-Chip ist (beispielsweise befindet sich die Leuchtstoffschicht auf der reflektierenden Tasse oder der astigmatischen Tasse außerhalb des LED-Chips), die Lichtmenge, die von der Leuchtstoffschicht absorbiert wird reflektiert zurück auf den Chip kann drastisch reduziert werden, wodurch die Lichtausbeute verbessert wird. Da die Phosphorschicht nicht in direktem Kontakt mit dem Chip steht, wird außerdem die von dem Chip erzeugte Wärme nicht auf die Phosphorschicht übertragen, wodurch die Lebensdauer der Phosphorschicht verlängert wird. Forscher am Schlbert-Institut für Technologie, Schubert et al. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung von Leuchtstoffröhren außerhalb des Phosphor-Beschichtungsprozesses das Risiko einer Wärmeableitung von dem Chip verringern kann. Die Lichtausbeute der LED kann um 7% bis 16% erhöht werden. Sun Yat-sen Wang Gang, der auch eine verwandte Studie durchgeführt hat, zeigen die Ergebnisse, dass die Verwendung von der Phosphorbeschichtung weg die Leuchtstoffbeschichtungstemperatur von etwa 16,8 ℃ reduzieren kann, die Effizienz der Phosphorumwandlung deutlich zu verbessern. Aber weit weg vom Beschichtungsverfahren hat seine Mängel, wegen seiner Verwendung von mehr Phosphor, Phosphorplatte Herstellung und Installation Prozess ist auch relativ komplex und andere Kosten Überlegungen, kann der Strom nicht weit verbreitet und industrielle Anwendungen gefördert werden.
Darüber hinaus, You et al. Vorgeschlagen wurde die Verwendung von mehrschichtigen Leuchtstoffstrukturen auf der Grundlage der Optimierung der Leuchtstoffbeschichtung. Die rote Leuchtstoffschicht wurde von der gelben Leuchtstoffschicht getrennt und der gelbe Leuchtstoff wurde auf den roten Leuchtstoff gelegt. Die experimentellen Ergebnisse zeigten: Eine solche Leuchtstoffbeschichtungsstruktur kann die gegenseitige Absorption zwischen der Leuchtstoffbeschichtung reduzieren, die Effizienz der Verpackungslumen kann um 18% verbessert werden.
5, Eutektische Schweißtechnik
Die Eutektische Schweißtechnik ist eine der wichtigsten Kerntechnologien im Hochleistungs-LED-Flip-Chip-Verpackungsprozess. Eutektische Schweißtechnologie im LED-Verpackungsprozess ist der Kern des Hitzeproblems und der Vorteile von Festkristallproblemen und wird die zukünftige Richtung der zukünftigen Entwicklung von LED-Verpackungen sein. Eutektische Legierung hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als die reine Komponente, der Schmelzprozess ist einfach; eutektische Legierung hat eine bessere Fluidität als reines Metall, was die Bildung von Dendriten verhindern kann, die den Flüssigkeitsstrom bei der Verfestigung behindern, wodurch die Gießleistung verbessert wird; eutektische Legierung Aber auch hat eine konstante Temperaturübergangseigenschaften (keine Erstarrungstemperaturbereich), kann Gussfehler, wie Entmischung und Schrumpfung zu reduzieren; gehärtete eutektische Legierung Zähigkeit (nahe der Zähigkeit des Metalls), sollte nicht brechen; eutektische Verfestigung kann eine Vielzahl von Formen sein. Die Mikrostruktur, insbesondere die regelmäßige Anordnung der lamellaren oder stabförmigen eutektischen Struktur, kann eine hervorragende Leistung in situ-Verbundmaterialien sein. Gerade weil Eutektikum so viele Vorteile hat, muss die Verwendung eines eutektischen Prozesses zur Herstellung der LED-Einheit die Impedanz reduzieren und die Vorteile der Wärmeleitungseffizienz verbessern.
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