Produção eficiente de instalações avançadasA aplicação de LEDs de brilho ultra alto continua a se expandir, entrando pela primeira vez no mercado de iluminação especial e avançando para o mercado de iluminação geral. Devido ao aumento contínuo da energia de entrada dos chips de LED, são exigidos requisitos mais altos na tecnologia de embalagem desses LEDs de energia. A tecnologia de embalagem do LED de energia deve atender aos dois requisitos a seguir: Primeiro, a estrutura da embalagem deve ter alta eficiência de extração de luz e, segundo, a resistência térmica deve ser a mais baixa possível, para garantir o desempenho fotoelétrico e a confiabilidade do LED de energia.
Se um LED semicondutor for usado como fonte de iluminação, o fluxo luminoso de um produto convencional está longe do de uma fonte de luz de uso geral, como uma lâmpada incandescente ou uma lâmpada fluorescente. Portanto, para desenvolver LEDs no campo da iluminação, a chave é aumentar a eficiência luminosa e o fluxo luminoso ao nível das fontes de iluminação existentes. Os materiais epitaxiais usados para os LEDs de potência usam a tecnologia de crescimento epitaxial MOCVD e várias estruturas de poço quântico. Embora a eficiência quântica interna precise ser melhorada, o maior obstáculo à obtenção de alto fluxo luminoso é a baixa eficiência de extração de luz do chip. O projeto de LED de energia existente adota uma nova estrutura de solda de chip flip para melhorar a eficiência de extração de luz do chip, melhorar as características térmicas do chip e aumentar a eficiência de conversão fotoelétrica do dispositivo, aumentando a área do chip e aumentando a corrente de operação. Fluxo luminoso mais alto. Além do chip, a tecnologia de embalagem do dispositivo também é importante. Os principais processos de tecnologia de embalagem são:
Tecnologia de dissipação de calor
A estrutura tradicional da embalagem LED tipo indicador geralmente usa cola condutora ou não condutora para montar o chip em um copo reflexivo de tamanho pequeno ou em uma mesa transportadora. O fio de ouro é usado para concluir a conexão interna e externa do dispositivo e é encapsulado com resina epóxi. Sua resistência térmica é tão alta quanto 250 ° C / W ~ 300 ° C / W. Se o novo chip de energia adotar a forma tradicional de embalagem de LED, a temperatura da junção aumentará rapidamente e a carbonização de epóxi ficará amarela devido à fraca dissipação de calor. A luz acelerada decai até a falha, mesmo devido ao estresse causado pela rápida expansão térmica causada pela falha do circuito aberto.
Portanto, para um chip LED de energia com uma grande corrente operacional, uma nova estrutura de pacote com baixa resistência térmica, boa dissipação de calor e baixo estresse é a chave técnica do dispositivo LED de energia. O chip pode ser colado com um material com baixa resistividade e alta condutividade térmica; um dissipador de calor de cobre ou alumínio é adicionado à parte inferior do chip e uma estrutura semi-encapsulada é usada para acelerar a dissipação de calor; e até um dissipador de calor secundário foi projetado para reduzir a resistência térmica do dispositivo. Dentro do dispositivo, preenchido com borracha de silicone flexível com alta transparência, dentro da faixa de temperatura da borracha de silicone (geralmente -40 ° C ~ 200 ° C), o gel não abre devido a mudanças bruscas de temperatura e não aparece fenômeno amarelo . Os materiais das peças também devem levar em consideração suas propriedades térmicas e térmicas para obter boas propriedades térmicas gerais.
Tecnologia de design óptico secundário
Para melhorar a eficiência da extração de luz do dispositivo, um copo refletivo adicional e várias lentes ópticas são projetadas.
Tecnologia de luz branca LED de energia
Existem três métodos comuns para obter luz branca:
(1) O chip azul é revestido com fósforo YAG, a luz azul do chip excita o fósforo para emitir luz verde-amarela de 540 nm ~ 560 nm, e a luz verde-amarela e a luz azul sintetizam a luz branca. O método é relativamente simples de preparar, com alta eficiência e prático. A desvantagem é que a consistência do tecido é baixa, o fósforo é fácil de precipitar, a uniformidade da superfície da luz é baixa, o tom da cor não é uniforme, a temperatura da cor é alta e a reprodução de cores não é ideal.
(2) RGB com três cores primárias Vários chips ou vários dispositivos emitem luz para formar a luz branca ou use cores complementares de chip duplo azul + verde amarelo para produzir luz branca. Enquanto o calor é dissipado, a luz branca produzida pelo método é mais estável que o método anterior, mas a direção é mais complicada e as diferentes velocidades de deterioração da luz de chips de cores diferentes também são consideradas.
(3) Aplique fósforo RGB no chip de luz ultravioleta e use a luz violeta para excitar o fósforo para produzir três cores primárias para formar luz branca. Devido à baixa eficiência dos atuais chips UV e fósforos RGB, ele ainda não atingiu o estágio prático.
Acreditamos que os seguintes problemas técnicos devem ser resolvidos para realizar a industrialização dos produtos LED de potência da classe W para iluminação:
1. Controle de revestimento em pó: O método de revestimento usado no processo de chip LED + fósforo é geralmente misturar o fósforo com a cola e aplicá-lo ao chip com um dispensador. Durante a operação, como a viscosidade do gel transportador é o parâmetro dinâmico, a gravidade específica do fósforo é maior que a do gel transportador, e a precisão do dispensador e a precisão do dispensador, o controle da uniformidade do a quantidade de revestimento do fósforo é difícil, resultando em luz branca. Cor irregular.
2, os parâmetros fotoelétricos do filme: as características do processo semicondutor, o mesmo material pode determinar os parâmetros ópticos (como comprimento de onda, intensidade da luz) e os parâmetros elétricos (como tensão direta) diferenças entre o mesmo chip de bolacha. Isto é especialmente verdadeiro para chips tricromáticos RGB, que têm um grande impacto nos parâmetros de cromaticidade do branco. Essa é uma das principais tecnologias que devem ser resolvidas na industrialização.
3. Controle dos parâmetros de cromaticidade da luz de acordo com os requisitos da aplicação: Para diferentes propósitos, os requisitos de coordenadas de cores, temperatura de cor, reprodução de cores, potência óptica (ou intensidade da luz) e distribuição espacial da luz dos LEDs brancos são diferentes. O controle dos parâmetros acima envolve a cooperação de vários fatores, como estrutura do produto, método de processo e materiais. Na produção industrial, é importante controlar os fatores acima para obter produtos que atendam aos requisitos de aplicação e tenham boa consistência.
Testando a tecnologia e os padrões
Com o desenvolvimento da tecnologia de fabricação de chips de classe W e da tecnologia LED branca, os produtos LED estão gradualmente entrando no mercado (especial) de iluminação. Os padrões tradicionais de teste de parâmetros de produtos LED e os métodos de teste usados para exibição ou indicação não podem mais atender às necessidades de aplicações de iluminação. Os fabricantes de equipamentos de semicondutores em casa e no exterior também lançaram seus próprios instrumentos de teste. Existem certas diferenças nos princípios, condições e padrões de teste usados por diferentes instrumentos, o que aumenta a dificuldade e a complexidade do trabalho de aplicação de teste e comparação de desempenho do produto.
Associação da Indústria Optoeletrônica Óptica da China A Associação da Indústria do Subcomitê da Optoeletrônica lançou o "Método de Teste de LED (Trial)" em 2003, de acordo com as necessidades do desenvolvimento de produtos de LED. Este método de teste adicionou regulamentos sobre os parâmetros colorimétricos do LED. No entanto, os LEDs precisam se expandir para o setor de iluminação. Estabelecer padrões de produtos de iluminação LED é um importante meio de padronização industrial.
Tecnologia de triagem e garantia de confiabilidade
Devido à limitação da aparência da luminária, o espaço de montagem do LED para iluminação é selado e limitado, e o espaço selado e limitado não é propício à dissipação de calor do LED, o que significa que o ambiente para iluminar o LED é inferior aos produtos LED convencionais de exibição e indicação. Além disso, o LED de iluminação é operado sob acionamento de alta corrente, o que impõe requisitos de confiabilidade mais altos. Na produção industrial, é necessário realizar o envelhecimento térmico apropriado, o choque do ciclo de temperatura, os testes de triagem do processo de envelhecimento da carga para diferentes usos do produto e eliminar os produtos com falha precoce para garantir a confiabilidade do produto.
Tecnologia de proteção elétrica
Como o GaN é um material com amplo intervalo de banda, a resistividade é alta e as cargas induzidas geradas pela eletricidade estática no processo de produção não são facilmente perdidas e acumuladas em uma extensão considerável, e uma alta tensão eletrostática pode ser gerada. Quando a capacidade de resistência do material é excedida, ocorre um fenômeno de ruptura e ocorre uma descarga. O chip azul do substrato de safira possui eletrodos positivos e negativos no chip com um pequeno passo. Para a dupla heterojunção InGaN / AlGaN / GaN, a camada fina ativa InGaN é de apenas algumas dezenas de nanômetros e a capacidade de resistência eletrostática é pequena, o que é extremamente fácil. É quebrado por eletricidade estática para desativar o dispositivo.
Portanto, na produção industrial, a prevenção da eletricidade estática é apropriada, afetando diretamente o rendimento do produto, a confiabilidade e os benefícios econômicos. Existem várias técnicas para prevenir a eletricidade estática:
1. Tome precauções contra a transmissão, empilhamento, etc. do corpo humano, plataforma, solo, espaço e produtos para produção e uso. Os meios são roupas antiestáticas, luvas, pulseiras, sapatos, almofadas, caixas, ventiladores de íons, instrumentos de teste, etc.
2. Projete um circuito de proteção eletrostática no chip.
3. Monte o dispositivo de proteção no LED.
Status atual da tecnologia de embalagem LED de energia
Os LEDs de energia são divididos em LEDs de energia e LEDs de energia da classe W. A energia de entrada do LED de energia é menor que 1W (exceto dezenas de miliwatts de LED de energia); a potência de entrada do LED de energia da classe W é igual ou superior a 1W.
Tecnologia de embalagem LED de energia externa
(1) LED de energia
No início, a HP introduziu o LED da estrutura de pacotes "Piranha" no início dos anos 90 e introduziu o "SnapLED" aprimorado em 1994. Possui duas correntes operacionais, 70mA e 150mA, e a potência de entrada pode chegar a 0,3W. Em seguida, a OSRAM apresentou o "PowerTOPLED". Mais tarde, algumas empresas introduziram uma variedade de estruturas de pacotes de LEDs de energia. Os LEDs de energia dessas estruturas são várias vezes superiores à energia de entrada de LED do pacote original do rack e a resistência térmica é reduzida em uma fração.
(2) LED de energia da classe W
O LED de energia da classe W é a parte principal da iluminação futura; portanto, as principais empresas do mundo investiram muita energia para pesquisar e desenvolver a tecnologia de embalagem do LED de energia da classe W.
O LED de energia da classe W de chip único foi introduzido pela Lumileds em 1998. A estrutura da embalagem é caracterizada pela separação termoelétrica. O chip flip é soldado diretamente ao dissipador de calor com um suporte de silicone, e um copo reflexivo e óptico são usados. Novas estruturas e materiais, como lentes e adesivos transparentes flexíveis, estão agora disponíveis em LEDs de alta potência com 1W, 3W e 5W de chip único. A OSRAM lançou a série de LEDs "GoldenDragon" de chip único em 2003, caracterizada por dissipadores de calor e metais. A placa de circuito está em contato direto e possui um bom desempenho de dissipação de calor, e a potência de entrada pode atingir 1W.
LEDs de alta potência com pacote com vários chips estão disponíveis em várias estruturas e pacotes. Em 2001, a UOE Corporation introduziu a série de LEDs Norlux em um pacote com vários chips com uma placa de alumínio hexagonal como substrato. Em 2003, a LaninaCeramics introduziu um painel de LEDs de alta potência empacotado na tecnologia proprietária de cerâmica sinterizada de baixa temperatura (LTCC-M) da empresa em substratos metálicos. Em 2003, a Panasonic lançou um LED branco de alta potência empacotado por uma combinação de 64 chips. Em 2003, a Nichia Corporation anunciou que é o LED branco mais brilhante do mundo, com um fluxo luminoso de 600 lm e um feixe de saída de 1000 lm. São 30W, a potência máxima de entrada é 50W, e o módulo LED branco que fornece a exposição possui uma eficiência luminosa de 33lm / W.
Em relação aos LEDs de alta potência com combinação de vários chips, muitas empresas desenvolveram continuamente muitos novos produtos com nova estrutura e embalagem de acordo com a demanda real do mercado, e sua velocidade de desenvolvimento é muito rápida.
Tecnologia de embalagem LED de energia doméstica
Os produtos domésticos de embalagem LED são mais completos. De acordo com estimativas preliminares, existem mais de 200 fábricas de embalagens de LED na China, com uma capacidade de embalagem de mais de 20 bilhões / ano, e a capacidade de embalagem também é muito forte. No entanto, muitas fábricas de embalagens são empresas privadas, de pequena escala. No entanto, os LEDs de alta potência da série MB encapsulados pela tecnologia MetalConding na China UEC Corporation (União Nacional) da China são caracterizados pela substituição do substrato GaAs por Si, proporcionando boa dissipação de calor e usando uma camada de ligação de metal como camada de reflexão da luz para melhorar saída de luz. .
Para a pesquisa e desenvolvimento de tecnologia de embalagem LED de alta potência, o país não apoiou oficialmente o investimento e as unidades de pesquisa domésticas raramente intervêm. A força do investimento e da pesquisa (mão de obra e recursos financeiros) das empresas de embalagens ainda não é suficiente, formando um fraco desenvolvimento doméstico da tecnologia de embalagens. O nível técnico da embalagem ainda é bastante diferente do de países estrangeiros.