O processo de pacote LED de alta potência é complexo e a estrutura é pesada. Tecnologia de pacote LED está influenciando o desempenho e a vida útil do LED. Nos últimos anos, A tecnologia de embalagem LED tem sido um projeto de pesquisa importante. Muitas grandes empresas investiram muitos recursos humanos e materiais em pesquisa. A tecnologia de embalagem LED foi bastante melhorada, especialmente a pesquisa sobre embalagens de LED branco de alta potência tem sido mais aprofundada, e uma variedade de processos de embalagem de LED foram obtidos.
As funções das embalagens LED incluem principalmente:
- Fortalecer a força e estabilidade do LED e melhorar a confiabilidade do LED
- Fortaleça a dissipação de calor para reduzir a temperatura da junção do chip e melhorar o desempenho do LED;
- Fortalecer o controle de saída de luz, melhorar a eficiência da saída de luz e otimizar a distribuição do feixe;
- Fortalecer o gerenciamento do fornecimento de energia, otimizar o controle da fonte de alimentação, e melhorar a eficiência de conversão de DC / AC;
A seleção de métodos de pacote de LED, materiais, estruturas e processos dependem principalmente de muitos fatores, como estrutura do wafer, características optoeletrônicas/mecânicas, aplicações específicas, e custo. Depois de mais de 40 anos de desenvolvimento, A embalagem de LED passou por estágios de desenvolvimento, como tipo de suporte (Lâmpada LED), tipo de patch (LEDSMD), e LED de energia (LED de energia). Com o aumento do poder do chip, especialmente a demanda pelo desenvolvimento de tecnologia de iluminação de estado sólido, requisitos novos e mais elevados são apresentados no óptico, térmico, estruturas elétricas e mecânicas do pacote LED. A fim de reduzir efetivamente a resistência térmica da embalagem e melhorar a eficiência da extração de luz, devemos adotar novas ideias técnicas no design da embalagem.
Tecnologia chave do pacote LED de alta potência
A embalagem de LED de alta potência envolve óptica, térmico, campos elétricos e outros, bem como a estrutura do projeto e tecnologia de fabricação. Esses fatores são independentes e influenciam uns aos outros. Pacote LED reduz o índice de refração da luz, melhora a taxa de passagem da luz, reduz a resistência dos materiais, reduz o aquecimento do LED e reduz o consumo de energia do LED. Para alcançar esses propósitos, precisamos de um melhor processo de fabricação e melhor design. A melhoria dessas propriedades é a concretização do nível de pacote de LED. O design do chip está intimamente relacionado ao design da embalagem de LED. Devemos considerar qual processo e estrutura de embalagem usar no design de chips. De outra forma, depois que a fabricação do chip for concluída, a estrutura do chip pode ser ajustada devido às necessidades de embalagem, que prolonga o produto R & Ciclo D e custo do processo, e às vezes até leva à incompatibilidade entre o processo de embalagem de LED e o chip e à falha do pacote de LED.
Processo de embalagem de baixa resistência térmica
A eficiência luminosa teórica do LED é muito alta, mas a eficiência da iluminação LED existente é apenas cerca de 20%, e 80% da energia elétrica será convertida em calor. A lâmpada LED tem pequeno volume e pequena área de chip. A dissipação de calor da lâmpada LED é a principal consideração do pacote LED. Modo de dissipação de calor LED, layout de dissipação de calor do chip, seleção de materiais de embalagem, forte dissipação de calor, projeto de dissipador de calor, etc..
A resistência térmica do pacote de LED inclui principalmente a resistência térmica interna e a resistência térmica da interface dos materiais (substrato de dissipação de calor e estrutura do dissipador de calor). O substrato de dissipação de calor absorve o calor gerado pelo wafer e transfere o calor para o dissipador de calor. O dissipador de calor transfere o calor para o ar. O LED transfere o calor do wafer através do substrato de dissipação de calor e do dissipador de calor. Os materiais utilizados para substratos de dissipação de calor são geralmente materiais com forte condutividade térmica, incluindo cerâmica (como Al2O3, ain, SiC), metais (como o alumínio, cobre), silício e compósitos.
A fim de resolver a dissipação de calor da lâmpada de alta potência, o processo de fabricação de LED de alta potência é relativamente complexo. Precisamos soldar o chip LED e o substrato de dissipação de calor correspondente. Integra circuito de condução, circuito de compensação de controle, circuito de proteção de pontos cênicos e camada de soldagem eutética no substrato. O substrato de dissipação de calor possui estrutura simples e alta condutividade térmica do material, o que melhora muito o desempenho de dissipação de calor e resolve o problema de dissipação de calor de embalagens LED de alta potência.
O processamento da interface da embalagem é outro fator importante para resolver o problema de dissipação de calor. O manuseio correto da interface melhorará muito o efeito de dissipação de calor, e a interface da embalagem tem um grande impacto na resistência térmica. A interface da embalagem mantém bom contato à temperatura ambiente. Em alta temperatura, o substrato dobrará ligeiramente com a alta temperatura, resultando na lacuna entre a interface e a interface, o que afetará a ligação e a dissipação de calor local.
Um ponto de otimização da embalagem de LED é reduzir a resistência térmica de contato entre as interfaces e aumentar a dissipação de calor. Interface térmica (TIM) é a camada intermediária entre o wafer e o substrato térmico. A seleção do material da TIM é muito importante. Os materiais comumente usados pela TIM são adesivo condutor e adesivo termicamente condutor, que têm baixa condutividade térmica, geralmente 0,5-2,5w/mk. O adesivo condutor da TIM incorporará nanopartículas termicamente condutoras para reduzir a resistência térmica da interface.
Estrutura e processo de embalagem com alta taxa de extração de luz
A luz gerada pelo LED causará grandes perdas quando enviada para o exterior. Essas perdas ocorrem principalmente em três aspectos: os defeitos da estrutura interna do wafer e a absorção de alguns fótons pelo material do wafer; A perda de reflexão causada pelo grande índice de refração da camada adesiva transparente quando o fóton está sem cor; A perda total de reflexão causada pelo ângulo de emissão térmica dos fótons que entram na camada adesiva transparente é maior que o ângulo de reflexão total da reflexão total. É uma pena que muitos fótons sejam perdidos quando emitidos do chip para o exterior.
O adesivo de encapsulamento revestido na superfície do wafer tem um índice de refração relativamente alto, o que reduzirá a perda de fótons na interface e aumentará a transmitância. À medida que a cola para vasos envolve o wafer, a cola para envasamento deve ter um efeito de proteção mecânica no wafer. Portanto, o adesivo para envasamento não deve apenas ter alto índice de refração e transmitância de luz, mas também tem boa estabilidade e fluidez. A fim de melhorar a vida útil do LED e reduzir a deterioração da luz do LED, o adesivo para envasamento deve preferencialmente ter as características de baixa absorção de umidade e resistência ao envelhecimento.
Atualmente, os adesivos de envasamento comumente usados incluem resina epóxi e adesivo de silicone. O adesivo de silicone tem baixa higroscopicidade, baixo estresse, boa estabilidade térmica, alta transmitância e alto índice de refração. Tem vantagens óbvias sobre a resina epóxi. A maioria dos pacotes de LED de alta potência usa adesivo de silicone, mas o custo é muito maior do que a resina epóxi. Embora o gel de sílica tenha boa estabilidade e transmitância de luz, seu desempenho está relacionado à temperatura do ambiente externo. Com o aumento da temperatura, o estresse térmico dentro da sílica gel aumentará e o índice de refração diminuirá, o que aumentará a perda de refração do fóton e reflexão total e afetará a distribuição uniforme da intensidade da luz.
O papel dos fósforos é combinar luz e cor para formar luz branca. As propriedades dos fósforos incluem tamanho, forma, estabilidade, taxa luminosa e taxa de conversão. Os principais índices de desempenho são taxa luminosa e taxa de conversão. Estudos mostram que à medida que a temperatura aumenta, a eficiência quântica do fósforo diminui, a saída de luz diminui, e o comprimento de onda da radiação também mudará, o que fará com que a temperatura da cor e a cromaticidade do LED branco mudem. Temperaturas mais altas também acelerarão o envelhecimento do fósforo. O revestimento de fósforo geralmente utiliza fósforo e silicone ou epóxi. O problema proeminente é a má dissipação de calor. Quando exposto a radiação de alta temperatura ou radiação roxa e ultravioleta, absorverá muito calor e envelhecerá, reduzindo a eficiência luminosa do fósforo.
Além disso, também há problemas com a estabilidade térmica da cola para vasos e dos fósforos em altas temperaturas. Como o tamanho dos fósforos comumente usados está acima de 1μm, o índice de refração é maior ou igual a 1.85, enquanto o índice de refração do silicone é geralmente em torno 1.5. O índice de refração dos dois materiais é diferente. Quando a luz passa através de partículas de pó fluorescentes, ocorrerá refração e reflexão total, que forma dispersão de luz no nível macro, reduz a eficiência da saída de luz e afeta a distribuição da intensidade da luz. Ao incorporar nanofósforo no gel de silício, o índice de refração pode ser aumentado para mais de 1.8, a dispersão da luz pode ser reduzida, a eficiência de saída de luz LED (10%-20%) pode ser melhorado, e a qualidade da cor clara pode ser efetivamente melhorada.
É difícil controlar com precisão a espessura do revestimento de fósforo, resultando em iluminação LED irregular, pontos de luz, e a cor de algumas áreas de irradiação é azul ou amarela. Para resolver este problema, muitas empresas fizeram tentativas diferentes. A tecnologia de revestimento isolante desenvolvida pela empresa MOKOLight pode resolver o problema de cobertura uniforme de fósforo e distribuição uniforme de luz LED. No entanto, existe um problema de dispersão de luz no processo de uso específico, e a taxa de saída de luz diminuirá. O Rensselaer Research Institute dos EUA propôs um método de extração por espalhamento de fótons-Método de extração de fótons dispersos (SPE). Colocar uma lente de foco na superfície do wafer, e colocar a folha de vidro contendo fósforo perto do foco da lente pode melhorar a eficiência da transmissão de luz.
Em geral, a fim de melhorar a eficiência e confiabilidade da luz LED, a camada encapsulante tende a ser gradativamente substituída por vidro transparente ou vitrocerâmico com alto índice de refração. Adicionando ou revestindo pó de fósforo na superfície do vidro, não só vai melhorar A uniformidade do fósforo é melhorada, e a eficiência da embalagem é melhorada.
Embalagem de array e tecnologia de integração de sistemas
Depois de anos de desenvolvimento, o design do mecanismo conduzido e a tecnologia de embalagem passaram por inúmeras mudanças, e os outros têm quatro iterações de tecnologia subversiva.
- Tipo de lead (Lâmpada) Pacote LED
O pacote tipo pino é a estrutura do pacote A3-5mm de uso comum. Geralmente usado em pacotes de LED com baixa corrente (20-30mA) e baixa potência (menos de 0,1 W). É usado principalmente para exibição ou indicação de instrumentos, e também pode ser usado como tela de exibição durante integração em larga escala. A desvantagem é que a embalagem possui uma grande resistência térmica (geralmente superior a 100K/W) e uma vida curta.
- Montagem em superfície (SMD) tipo pacote(Pacote LED SMT)
A tecnologia de pacote SMT LED é uma tecnologia de embalagem que pode soldar componentes eletrônicos na posição designada da placa de circuito eletrônico. Especificamente, use uma ferramenta ou equipamento específico para alinhar os pinos do chip ao padrão de terreno pré-revestido com adesivo e pasta de solda, e, em seguida, monte-o diretamente na superfície do PCB sem fazer os furos de montagem. Próximo, podemos fixar firmemente os componentes eletrônicos na placa de circuito eletrônico por meio de soldagem por refluxo ou soldagem por onda, e neste processo podemos aproveitar ao máximo as características dos componentes eletrônicos. A tecnologia SMT tem as vantagens de alta confiabilidade, boas características de alta frequência, e automação fácil. É a tecnologia e processo de embalagem mais popular na indústria eletrônica.
- Chip a bordo (ESPIGA) Pacote LED
COB é a abreviatura em inglês de Chip a bordo (Chip a bordo). É uma espécie de chip LED que é colado diretamente na placa PCB por meio de adesivo ou solda, e o uso da tecnologia de embalagem de ligação de fio pode ajudar a realizar a interconexão elétrica entre o chip e a placa PCB. A seleção do material do PCB depende do uso de LED. Se for usado em locais importantes, pode aceitar alto custo. PCB deve usar materiais técnicos de alto custo ou materiais cerâmicos com boa condutividade térmica (como substrato de alumínio ou substrato cerâmico revestido de cobre, etc.); PCB pode usar FR-4 (resina epóxi reforçada com fibra de vidro) como o material se for usado em locais sem importância que tenham baixos requisitos de desempenho e sejam sensíveis ao custo.
Para ligação de fios, pode usar ligação termossônica em alta temperatura (ligação de bola de fio de ouro) e ligação ultrassônica em temperatura normal (colagem de cunha de alumínio). A tecnologia COB pode não só reduzir eficazmente a resistência térmica das embalagens, mas também melhorar a densidade de potência das embalagens LED. Agora, a embalagem de LED de matriz multi-chip de alta potência usa principalmente tecnologia COB.
- Sistema empacotado (SiP) Pacote LED
Nos últimos anos, embalagem de chips é uma nova maneira de atender às necessidades do sistema de embalagem de chips. A tecnologia de embalagem SIP LED não só pode montar vários chips emissores de luz em um pacote, mas também integra vários componentes eletrônicos para montar um sistema completo e multifuncional. Comparado com outras estruturas de embalagem, SIP está mais inclinado a pacotes complexos de circuitos integrados, não apenas uma simples embalagem de LED. O processo de empacotamento SIP tem alta flexibilidade, baixo custo, testes separados e ciclo de desenvolvimento curto. As embalagens SIP podem ser divididas em quatro tipos de acordo com a tecnologia: tridimensional (3D) tipo de embalagem, tipo de empilhamento de wafer, tipo de módulo e tipo MCM.
Atualmente, a substituição de lâmpadas incandescentes e lâmpadas de mercúrio de alta pressão por dispositivos LED de alto brilho requer um aumento no fluxo luminoso total ou no fluxo luminoso disponível. E podemos aumentar o fluxo luminoso através de medidas como aumentar a integração, aumentando a densidade atual, e usando chips de tamanho grande.
Para realizar lâmpadas LED de alto brilho, precisamos aumentar a potência do LED, o que significa que o led produzirá mais calor. O desempenho de dissipação de calor do LED afeta diretamente a eficiência luminosa e a vida útil do LED. Se a dissipação de calor for fraca, a temperatura do chip LED aumentará devido ao acúmulo de calor, o que pode reduzir a eficiência luminosa, acelerar o envelhecimento de componentes relevantes e reduzir a vida útil do LED. A matriz multichip é a melhor maneira de obter alto rendimento, mas o empacotamento do array tem muitos problemas, como dissipação de calor, conexão de componentes eletrônicos, espaço disponível e assim por diante, o que limita o seu desenvolvimento, especialmente dissipação de calor.
A integração de alta densidade de chips LED produz muito calor, que não pode desaparecer em pouco tempo, e a temperatura do substrato de dissipação de calor aumenta rapidamente. É muito necessário adotar um processo de embalagem eficiente e uma estrutura de dissipador de calor. Existem dois tipos de estruturas de dissipador de calor, um é a dissipação de calor ativa, e o outro é a dissipação de calor passiva. A dissipação de calor passiva geralmente seleciona aletas com alto coeficiente estriado, e dissipa o calor para o ambiente através da convecção natural entre as aletas e o ar. Esta solução possui estrutura simples e alta confiabilidade, mas devido ao baixo coeficiente de transferência de calor da convecção natural, é adequado apenas para baixa densidade de potência e baixa integração. Para LEDs de alta potência (pacotes), deve adotar dissipação de calor ativa, como barbatanas + fãs, tubos de calor, convecção forçada de líquidos, refrigeração por microcanais, refrigeração de mudança de fase, e assim por diante.
Comparação entre tecnologia de embalagem COB e tecnologia de embalagem SMD
A embalagem COB amadureceu gradualmente no campo de aplicações de telas LED, especialmente no domínio dos pequenos campos exteriores com as suas vantagens técnicas únicas. Especialmente nos últimos dois anos, com a melhoria da tecnologia de produção e do processo de produção, A tecnologia de embalagem COB fez um avanço qualitativo. Alguns fatores que restringiram o desenvolvimento no passado também foram resolvidos no processo de inovação tecnológica.
Então, quais são as vantagens da tecnologia de embalagem COB? Qual é a diferença entre ele e a embalagem SMD tradicional? Ele substituirá o SMD e se tornará o principal display LED no futuro??
Comparação de tecnologia
A embalagem COB serve para fixar diretamente o chip LED com cola condutora e cola isolante na almofada de solda do cordão da lâmpada na placa PCB, e depois solde o chip LED para desempenho de condução. Depois de concluir o teste, precisamos encapsular o chip com resina epóxi.
O pacote SMD serve para fixar o chip LED na almofada do suporte do talão da lâmpada com cola condutora e cola isolante, e então use o mesmo desempenho de condução que o pacote COB para soldar. Após o teste de desempenho, é encapsulado com resina epóxi, e então submetido à divisão da luz, cortar e gravar, e transportado para a fábrica de telas.
Comparação de vantagens e desvantagens
Não há dúvida de que a fábrica de embalagens SMD pode produzir contas de lâmpadas de alta qualidade, mas o processo de produção é muito caro e o custo será relativamente alto. Também aumentará o custo do transporte, armazenamento de material e controle de qualidade desde a fábrica de embalagem de esferas de lâmpada até a fábrica de telas.
SMD acredita que a tecnologia de embalagem COB é muito complicada, e a taxa de passagem única do produto não é tão fácil de controlar quanto uma única lâmpada, e é até um obstáculo intransponível. O ponto de falha não pode ser reparado, e o rendimento é baixo.
Embalagem SMD, uma tecnologia de embalagem de monômero de cordão de lâmpada única, acumulou muitos anos de experiência prática. Cada empresa possui habilidades únicas, escalas, e tecnologia madura. É relativamente fácil de implementar.
A embalagem COB é uma nova tecnologia de embalagem que integra vários grânulos de lâmpada. Na prática, muita experiência técnica em equipamentos de produção, equipamentos de processo de produção e métodos de teste são acumulados e verificados na prática de inovação contínua. Requer um alto limiar técnico e grande dificuldade. A maior dificuldade enfrentada atualmente é como melhorar a taxa de primeira aprovação do produto. A embalagem COB está enfrentando um pico tecnológico, que não é intransponível, mas é relativamente difícil de implementar.
O suporte de quatro cantos ou hexagonal usado no pacote SMD traz dificuldades técnicas e riscos de confiabilidade para os elos de produção subsequentes. Por exemplo, o processo de soldagem por refluxo da superfície do cordão da lâmpada precisa resolver o problema do rendimento de soldagem de um grande número de pinos de suporte. Se o SMD for aplicado ao ar livre, devemos resolver o problema de rendimento de proteção externa dos pinos do suporte.
A tecnologia COB ocorre justamente porque este colchete é omitido, dificilmente haverá muitas dificuldades técnicas e perigos ocultos de confiabilidade nos elos de produção subsequentes. Existem apenas duas colinas técnicas: uma é como garantir que a superfície do cordão da lâmpada não mostre pontos de falha quando a superfície do chip do driver IC for refluída, e a outra é como resolver o problema da consistência da cor da tinta do módulo.
Comparação abrangente
Tecnologia de embalagem COB:
Da embalagem à conclusão da fabricação do display, A tecnologia de embalagem COB integra os elos intermediários e a jusante da cadeia da indústria de telas LED, e toda a produção é concluída em uma fábrica. Este tipo de organização da produção é simples, o processo é compacto, a eficiência da produção é maior, e é mais propício ao layout de produção totalmente automatizado. Esta forma organizacional também é mais propícia ao controle de qualidade de todo o processo do produto. Esta forma de organização ainda é um todo orgânico. Na fase de desenvolvimento do produto, é necessário considerar os problemas que você pode encontrar em cada elo de produção, e avaliar e formular de forma abrangente um plano de implementação técnica. Este tipo de organização também pode assumir melhor a responsabilidade pela qualidade dos clientes finais.
A embalagem COB enfrenta apenas um pico tecnológico no caminho da tecnologia de embalagem integrada com múltiplas esferas no campo de telas LED, que aparece no link da embalagem do cordão da lâmpada. E esse tipo de tecnologia não é intransponível, mas nem todos conseguem passar por cima dele. É uma manifestação de tecnologia abrangente. Isto requer inúmeras falhas e lições aprendidas, bem como anos de acumulação técnica e precipitação. Precisa de um espírito de artesão que seja firme, com os pés no chão, não tem medo de dificuldades e inovador. Depois de cruzar esse pico tecnológico, é como uma carpa pulando o portão de um dragão, e a estrada atrás da montanha será suave. Não haverá mais dificuldades técnicas em todo o processo produtivo.
A curva vermelha de confiabilidade do produto mostra que, uma vez que o cordão da lâmpada é selado pela embalagem COB, o processo de produção subsequente tem pouco efeito sobre sua confiabilidade. Após um ano de aplicação do cliente, o índice de confiabilidade é quase o mesmo da embalagem.
Tecnologia de embalagem SMD:
Na cadeia da indústria de displays SMD, empresas de embalagens e empresas de exibição são dois tipos independentes de empresas, e estes dois tipos de empresas partilham os lucros industriais entre si. Embora o bolo seja grande, existem muitas empresas, concorrência feroz e lucros escassos. Este tipo de organização produtiva complexa desperdiçará parte dos lucros e da eficiência industrial, e é relativamente difícil controlar a qualidade do produto. Como o link da embalagem e o link da fábrica de exibição são independentes um do outro, é difícil cooperar e coordenar eficazmente para enfrentar as dificuldades técnicas no processo de produção. Uma vez que o cliente final utiliza um produto com problemas de qualidade, é difícil responsabilizar-se com muitos elos envolvidos.
Na perspectiva da dificuldade de implementação técnica em todo o processo produtivo e do impacto na confiabilidade do produto, a cor e o significado da curva na figura abaixo são iguais aos da figura anterior. Da figura, podemos ver que há um pico de tecnologia duplo na cadeia da indústria de embalagens de display SMD. Ambas as dificuldades técnicas aparecem no link de fábrica da tela, e o link da embalagem é relativamente baixo devido à tecnologia madura e estável. Portanto, a dificuldade técnica do display SMD excederá a dificuldade da tecnologia de embalagem COB quando somadas.
