Tillämpningen av lysdioder med ultrahög ljusstyrka fortsätter att expandera, först in på marknaden för specialbelysning och gå mot den allmänna belysningsmarknaden. På grund av den kontinuerliga ökningen av ingångseffekten för LED-chips ställs högre krav på förpackningstekniken för dessa ström-LED. Power LED-förpackningsteknologi ska uppfylla följande två krav: För det första ska förpackningsstrukturen ha hög ljusutvinningseffektivitet, och för det andra bör värmemotståndet vara så lågt som möjligt för att säkerställa den fotoelektriska prestandan och tillförlitligheten hos effekt-LED.
Om en halvledar-LED ska användas som en belysningskälla, är ljusströmmen för en konventionell produkt långt ifrån den för en allmänt ljuskälla såsom en glödlampa eller en lysrör. För att utveckla lysdioder inom belysningsområdet är därför nyckeln att öka ljuseffektiviteten och ljusflödet till nivån för befintliga belysningskällor. De epitaxiala materialen som används för LED-lysdioder använder MOCVD-epitaxial tillväxtteknik och flera kvantbrunnsstrukturer. Även om den interna kvanteffektiviteten måste förbättras ytterligare är det största hindret för att få högt ljusflöde chipets extraktionseffektivitet med låg ljus. Den befintliga kraft-LED-designen antar en ny lödkonstruktion för flipchips för att förbättra chipets extraktionseffektivitet, förbättra chipets termiska egenskaper och öka enhetens fotoelektriska omvandlingseffektivitet genom att öka chipområdet och öka driftsströmmen. Högre ljusflöde. Förutom chipet är enhetens förpackningsteknik också viktig. De viktigaste förpackningsteknologiprocesserna är:
Värmeavledningsteknologi
Den traditionella LED-paketstrukturen för indikatortyp använder vanligtvis ledande eller icke-ledande lim för att montera chipet i en liten reflekterande kopp eller på ett bärbord. Guldtråden används för att slutföra enhetens inre och externa anslutning och är kapslad med epoxiharts. Dess termiska motstånd är så hög som 250 ° C / W ~ 300 ° C / W. Om det nya kraftchipet antar den traditionella LED-paketformen, kommer övergångstemperaturen att stiga snabbt och epoxikarboniseringen blir gul på grund av dålig värmeavledning. Accelererad ljusnedgång tills brott, även på grund av spänningen orsakad av snabb värmeutvidgning orsakad av öppen kretsfel.
Därför är en ny paketstruktur med lågt värmebeständighet, bra värmeavledning och låg spänning den tekniska nyckeln till LED-anordningen för kraft för LED-chip med stor driftsström. Chipet kan bindas med ett material med låg resistivitet och hög värmeledningsförmåga; ett koppar- eller aluminiumkylfläns läggs till den nedre delen av chipet, och en halvinkapslad struktur används för att påskynda värmeavledningen; och till och med en sekundär kylfläns är utformad för att minska enhetens termiska motstånd. Inuti enheten, fylld med flexibelt silikongummi med hög transparens, inom temperaturområdet för silikongummi (vanligtvis -40 ° C ~ 200 ° C), kommer gelén inte att öppnas på grund av plötsliga temperaturförändringar och kommer inte att visas gult fenomen . Delmaterial bör också ta hänsyn till deras termiska och termiska egenskaper för att uppnå goda övergripande termiska egenskaper.
Sekundär optisk designteknik
För att förbättra anordningens ljusutvinningseffektivitet är en extra reflekterande kopp och flera optiska linser konstruerade.
Power LED-vitt ljussteknik
Det finns tre vanliga metoder för att uppnå vitt ljus:
(1) Det blå chipet är belagt med YAG-fosfor, chipets blåa ljus väcker fosforen att avge gult-grönt ljus på 540 nm ~ 560 nm, och det gulgröna ljuset och blått ljus syntetiserar vitt ljus. Metoden är relativt enkel att förbereda, hög effektivitet och praktisk. Nackdelen är att tygets konsistens är dålig, fosforen är lätt att fälla ut, ljusytans enhetlighet är dålig, färgtonen är inte enhetlig, färgtemperaturen är hög och färgåtergivningen är inte idealisk.
(2) RGB tre primärfärger. Flera chips eller flera enheter avger ljus för att bilda vitt ljus, eller använd blå + gulgrön komplementär färg för att producera vitt ljus. Så länge värmen sprids är det vita ljuset som produceras med metoden mer stabilt än den tidigare metoden, men körningen är mer komplicerad och de olika ljusförfallshastigheterna för olika färgchips beaktas också.
(3) Applicera RGB-fosfor på ultraviolett ljuschipet och använd det violetta ljuset för att väcka fosforen för att producera tre primärfärger för att bilda vitt ljus. På grund av den nuvarande UV-flisens och RGB-fosforernas låga effektivitet har den ännu inte nått det praktiska steget.
Vi anser att följande tekniska problem måste lösas för att realisera industrialisering av LED-produkter i W-klass för belysning:
1. Kontroll av pulverbeläggning: Beläggningsmetoden som används i LED-chip + fosforprocessen är vanligtvis att blanda fosfor med limet och sedan applicera det på chipet med en dispenser. Eftersom bärgelens viskositet är den dynamiska parametern under fasen är fosforens specifika vikt större än bärergelens, och dispenserns precision och dispenserns noggrannhet, kontrollen av enhetligheten hos beläggningsmängden av fosfor är svår, vilket resulterar i vitt ljus. Ojämn färg.
2, filmens fotoelektriska parametrar: egenskaperna hos halvledarprocessen, samma material kan bestämma de optiska parametrarna (såsom våglängd, ljusintensitet) och elektriska (såsom framspänning) parameterdifferenser mellan samma skivchip. Detta gäller särskilt för RGB-trikromatiska chips, som har stor inverkan på vita kromatiska parametrar. Detta är en av de viktigaste teknikerna som måste lösas i industrialiseringen.
3. Styrning av ljuskromaticitetsparametrar enligt tillämpningskrav: För olika ändamål är kraven på färgkoordinater, färgtemperatur, färgåtergivning, optisk effekt (eller ljusintensitet) och rumslig fördelning av ljus på vita lysdioder olika. Styrningen av ovanstående parametrar involverar samarbete mellan olika faktorer såsom produktstruktur, processmetod och material. I industriell produktion är det viktigt att kontrollera ovanstående faktorer för att få produkter som uppfyller tillämpningskraven och har god konsistens.
Testning av teknik och standarder
Med utvecklingen av W-klass tillverkningsteknik och vit LED-teknik kommer LED-produkter gradvis in på (speciell) belysningsmarknad. De traditionella standarderna för LED-produktparametertest och testmetoder som används för visning eller indikering kan inte längre uppfylla behoven hos belysningsapplikationer. Tillverkare av halvledarutrustning hemma och utomlands har också lanserat sina egna testinstrument. Det finns vissa skillnader i testprinciperna, villkoren och standarderna som används av olika instrument, vilket ökar svårigheten och komplexiteten i testapplikationen och produktjämförelsearbete.
China Optical Optoelectronics Industry Association Optoelectronics Sub-Committee Industry Association släppte "LED Test Method (Trial)" 2003 enligt behoven för LED-produktutveckling. Denna testmetod har lagt till förordningar om LED-kolorimetriska parametrar. Dock måste lysdioder utvidgas till ljusindustrin. Att fastställa LED-belysningsproduktstandarder är ett viktigt sätt för industriell standardisering.
Screeningsteknik och tillförlitlighet
På grund av begränsningen av armaturens utseende är monteringsutrymmet för lysdioden för belysning tätat och begränsat, och det tätade och begränsade utrymmet är inte befordrande för värmeavgivning av lysdioden, vilket innebär att miljön för att belysa lysdioden är sämre än den konventionella LED-displayen för display och indikering. Dessutom drivs belysnings-LED under högström, vilket ställer högre tillförlitlighetskrav på den. Vid industriell produktion är det nödvändigt att genomföra lämplig termisk åldring, temperaturcykelchock, testning av åldringsprocesser för olika produktanvändningar och eliminera produkter med tidigt fel för att säkerställa produktens tillförlitlighet.
Elektrisk skyddsteknik
Eftersom GaN är ett brett bandmaterial är resistiviteten hög, och de inducerade laddningarna som genereras av den statiska elektriciteten i produktionsprocessen går inte lätt förlorade och ackumuleras i betydande omfattning och en hög elektrostatisk spänning kan alstras. När materialets förmåga att tåla överskrids uppstår ett nedbrytningsfenomen och urladdning inträffar. Safiersubstratets blå chip har positiva och negativa elektroder på chipet med en liten tonhöjd. För den InGaN / AlGaN / GaN dubbla heterojunktionen är det aktiva tunna skiktet InGaN bara några tiotals nanometer, och den elektrostatiska motståndskraften är liten, vilket är extremt enkelt. Det är uppdelat av statisk elektricitet för att inaktivera enheten.
I industriell produktion är därför förebyggandet av statisk elektricitet lämpligt, vilket direkt påverkar produktutbytet, tillförlitligheten och ekonomiska fördelar. Det finns flera tekniker för att förhindra statisk elektricitet:
1. Vidta försiktighetsåtgärder mot överföring, stapling etc. av mänsklig kropp, plattform, mark, utrymme och produkter för produktion och användning. Medlet är antistatiska kläder, handskar, armband, skor, kuddar, lådor, jonfläktar, testinstrument etc.
2. Designa en elektrostatisk skyddskrets på chipet.
3. Montera skyddsanordningen på lysdioden.
Nuvarande status för LED-förpackningsteknologi
Power LEDs är indelade i power LEDs och W-class power LEDs. Ingångseffekten för ström-LED är mindre än 1W (med undantag av tiotals milliwatt ström-LED); ingångseffekten för W-klassens kraft-LED är lika med eller större än 1W.
LED-förpackningsteknik för utländsk kraft
(1) Ström-LED
Tidigt introducerade HP lysdioden för paketstrukturen "Piranha" i början av 1990-talet och introducerade den förbättrade "SnapLED" 1994. Den har två driftströmmar, 70mA och 150mA, och ingångseffekten kan nå 0,3W. Sedan introducerade OSRAM "PowerTOPLED". Senare introducerade vissa företag en mängd olika LED-paketstrukturer. Ström-lysdioderna för dessa strukturer är flera gånger högre än LED-ingångseffekten i det ursprungliga rackpaketet, och värmemotståndet reduceras med en bråkdel.
(2) W-klass strömlampa
W-klass power LED är kärndelen i framtida belysning, så världens stora företag har investerat mycket kraft för att undersöka och utveckla förpackningstekniken för W-klass power LED.
En-chip W-klass power LED introducerades först av Lumileds 1998. Paketstrukturen kännetecknas av termoelektrisk separering. Flipchipet är direkt lödat till kylflänsen med en kiselbärare, och en reflekterande kopp och optisk används. Nya strukturer och material som linser och flexibla genomskinliga lim finns nu i lysdioder med hög effekt med 1-chip, 3W och 5W. OSRAM lanserade en-chipsen "GoldenDragon" -serie av lysdioder 2003 som kännetecknas av kylflänsar och metaller. Kretskortet är i direktkontakt och har god värmeavledningsprestanda, och ingångseffekten kan nå 1W.
Högeffekta lysdioder med multi-chip-paket finns i många strukturer och paket. 2001 introducerade UOE Corporation Norlux-seriens LED-lampor i ett flischip-paket med en sexkantig aluminiumplatta som underlag. År 2003 introducerade LaninaCeramics en högeffektiv LED-grupp som är förpackad på företagets egenutvecklade lågtempererade sintrerade keramik (LTCC-M) -teknologi på metallunderlag. 2003 lanserade Panasonic en högeffekt vit LED-paketerad med en kombination av 64 chips. År 2003 tillkännagav Nichia Corporation att det är den ljusaste vita lysdioden i världen, med ett lysflöde på 600 lm och en utgångsstråle på 1000 lm. Den är 30W, den maximala ingångseffekten är 50W, och den vita LED-modulen som ger utställningen har en ljuseffektivitet på 33 lm / W.
När det gäller högeffekta lysdioder med multichip-kombination har många företag kontinuerligt utvecklat många nya produkter med ny struktur och förpackning enligt den faktiska efterfrågan på marknaden, och deras utvecklingshastighet är mycket snabb.
Inhemsk kraft LED-förpackningsteknik
Inhemska LED-förpackningsprodukter är mer kompletta. Enligt preliminära uppskattningar finns det mer än 200 LED-förpackningsfabriker i Kina, med en förpackningskapacitet på mer än 20 miljarder per år, och förpackningsförmågan är också mycket stark. Många förpackningsfabriker är emellertid privata företag som är små i skala. Emellertid kännetecknas MB-seriens högeffekta lysdioder inkapslade av MetalConding-teknik i Kinas Taiwan UEC Corporation (National Union) av att GaAs-substrat ersätts med Si, ger god värmeavledning och använder ett metallbindningsskikt som ett ljusreflektionslager för att förbättra ljusutgång. .
För forskning och utveckling av högeffektiv LED-förpackningsteknik har landet inte officiellt stött investeringen, och inhemska forskningsenheter ingriper sällan. Styrkan i investeringar och forskning (arbetskraft och ekonomiska resurser) hos förpackningsföretag räcker fortfarande inte, vilket utgör en svag inhemsk utveckling av förpackningsteknik. Den tekniska nivån på förpackningar skiljer sig fortfarande mycket från utländska länder.