ปรับปรุงประสิทธิภาพการแยกแสงลดความต้านทานความร้อนเทคโนโลยีการบรรจุไฟ LED

แอพพลิเคชั่นของไฟ LED ความสว่างสูงพิเศษยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่องก่อนเข้าสู่ตลาดสำหรับแสงพิเศษและเคลื่อนไปสู่ตลาดแสงสว่างทั่วไป เนื่องจากการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของกำลังไฟฟ้าเข้าของชิป LED ความต้องการที่สูงขึ้นจะถูกวางไว้บนเทคโนโลยีการบรรจุของ LED กำลังไฟเหล่านี้ เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ LED พลังงานควรตอบสนองความต้องการสองข้อต่อไปนี้: อันดับแรกโครงสร้างแพ็คเกจควรมีประสิทธิภาพในการแยกแสงสูงและประการที่สองความต้านทานความร้อนควรจะต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

หากต้องการใช้ LED เซมิคอนดักเตอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงฟลักซ์การส่องสว่างของผลิตภัณฑ์ทั่วไปอยู่ไกลจากแหล่งกำเนิดแสงทั่วไปเช่นหลอดไส้หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ ดังนั้นเพื่อที่จะพัฒนาไฟ LED ในด้านของแสงที่สำคัญคือการเพิ่มประสิทธิภาพการส่องสว่างและฟลักซ์การส่องสว่างเป็นระดับของแหล่งแสงที่มีอยู่ วัสดุ epitaxial ที่ใช้สำหรับ LED พลังงานใช้เทคโนโลยีการเจริญเติบโต epitaxial MOCVD และโครงสร้างหลุมควอนตัมหลาย แม้ว่าประสิทธิภาพควอนตัมภายในจะต้องได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น แต่อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในการได้รับฟลักซ์ส่องสว่างสูงคือประสิทธิภาพการแยกแสงน้อยของชิป การออกแบบ LED พลังงานที่มีอยู่นั้นใช้โครงสร้างการบัดกรีแบบพลิกชิปใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแยกแสงของชิปปรับปรุงลักษณะความร้อนของชิปและเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกของอุปกรณ์โดยการเพิ่มพื้นที่ชิปและเพิ่มกระแสไฟ ฟลักซ์ส่องสว่างที่สูงขึ้น นอกจากชิปแล้วเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์ก็มีความสำคัญเช่นกัน กระบวนการเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ที่สำคัญคือ:

เทคโนโลยีการกระจายความร้อน

โครงสร้างแพ็คเกจประเภทไฟแสดงสถานะ LED โดยทั่วไปจะใช้กาวนำไฟฟ้าหรือไม่นำไฟฟ้าเพื่อยึดชิปในถ้วยสะท้อนแสงขนาดเล็กหรือบนโต๊ะผู้ให้บริการ ลวดทองใช้สำหรับการเชื่อมต่อภายในและภายนอกของอุปกรณ์และหุ้มด้วยอีพอกซีเรซิน ความต้านทานความร้อนสูงถึง 250 ° C / W ~ 300 ° C / W หากชิปพลังงานใหม่ใช้รูปแบบแพคเกจ LED แบบดั้งเดิมอุณหภูมิทางแยกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและอีพ็อกซี่คาร์บอไนซ์จะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเนื่องจากการกระจายความร้อนไม่ดี เร่งการสลายตัวของแสงจนกระทั่งเกิดความล้มเหลวแม้จะเกิดจากความเครียดที่เกิดจากการขยายตัวทางความร้อนอย่างรวดเร็วที่เกิดจากความล้มเหลวของวงจรเปิด

ดังนั้นสำหรับชิป LED กำลังไฟที่มีกระแสไฟขนาดใหญ่โครงสร้างแพ็คเกจใหม่ที่มีความต้านทานความร้อนต่ำการกระจายความร้อนที่ดีและความเค้นต่ำเป็นกุญแจสำคัญทางเทคนิคของอุปกรณ์ LED กำลังไฟ ชิปสามารถถูกผูกมัดด้วยวัสดุที่มีความต้านทานต่ำและการนำความร้อนสูง ฮีตซิงก์ทองแดงหรืออลูมิเนียมถูกเพิ่มเข้าไปในส่วนล่างของชิปและมีการใช้โครงสร้างแบบกึ่งห่อหุ้มเพื่อเร่งการกระจายความร้อน และแม้กระทั่งชุดระบายความร้อนสำรองได้รับการออกแบบเพื่อลดความต้านทานความร้อนของอุปกรณ์ ภายในอุปกรณ์ที่เต็มไปด้วยยางซิลิโคนที่มีความยืดหยุ่นและมีความโปร่งใสสูงในช่วงอุณหภูมิของยางซิลิโคน (โดยทั่วไป -40 ° C ~ 200 ° C) เจลจะไม่เปิดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของอุณหภูมิและจะไม่ปรากฏปรากฏการณ์สีเหลือง . วัสดุชิ้นส่วนควรคำนึงถึงคุณสมบัติทางความร้อนและความร้อนเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางความร้อนโดยรวมที่ดี

เทคโนโลยีการออกแบบแสงทุติยภูมิ

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแยกแสงของอุปกรณ์จึงออกแบบถ้วยสะท้อนแสงเพิ่มเติมและเลนส์สายตาหลายชุด

เทคโนโลยีไฟ LED แสงสีขาว

มีวิธีการทั่วไปสามวิธีเพื่อให้ได้แสงสีขาว:

(1) ชิปสีฟ้าเคลือบด้วยฟอสเฟอร์ YAG แสงสีฟ้าของชิปกระตุ้นฟอสเฟอร์เพื่อเปล่งแสงสีเหลืองสีเขียวที่ 540 นาโนเมตร ~ 560 นาโนเมตรและแสงสีเหลืองสีเขียวและสีน้ำเงินสังเคราะห์แสงสีขาว วิธีนี้ค่อนข้างง่ายในการเตรียมความพร้อมประสิทธิภาพสูงและใช้งานได้จริง ข้อเสียคือความสอดคล้องของผ้าไม่ดีสารเรืองแสงง่ายต่อการตกตะกอนความสม่ำเสมอของพื้นผิวแสงไม่ดีโทนสีไม่สม่ำเสมออุณหภูมิสีสูงและการแสดงสีไม่เหมาะ

(2) RGB สามสีหลักชิปหลายตัวหรืออุปกรณ์หลายชิ้นเปล่งแสงเพื่อสร้างแสงสีขาวหรือใช้สีเสริมสีน้ำเงิน + เหลืองเขียวคู่ชิพในการผลิตแสงสีขาว ตราบใดที่ความร้อนกระจายออกไปแสงสีขาวที่ผลิตโดยวิธีนี้จะมีความเสถียรมากกว่าวิธีเดิม แต่การขับขี่มีความซับซ้อนมากขึ้นและความเร็วในการสลายตัวของชิปสีที่แตกต่างกันก็จะถูกพิจารณาด้วยเช่นกัน

(3) ใช้ฟอสเฟอร์ RGB กับชิปแสงอัลตร้าไวโอเล็ตและใช้แสงสีม่วงเพื่อกระตุ้นฟอสเฟอร์เพื่อสร้างสามสีหลักเพื่อสร้างแสงสีขาว เนื่องจากชิป UV ในปัจจุบันและฟอสเฟอร์ RGB มีประสิทธิภาพต่ำจึงยังไม่สามารถใช้งานได้จริง

เราเชื่อว่าปัญหาทางเทคนิคต่อไปนี้จะต้องได้รับการแก้ไขเพื่อที่จะตระหนักถึงความเป็นอุตสาหกรรมของผลิตภัณฑ์ไฟ LED พลังงานระดับ W สำหรับแสง:

1. การควบคุมการเคลือบผง: วิธีการเคลือบผิวที่ใช้ในกระบวนการชิป LED + สารเรืองแสงมักจะผสมฟอสเฟอร์กับกาวแล้วนำไปใช้กับชิปกับเครื่องจ่าย ในระหว่างการดำเนินการเนื่องจากความหนืดของเจลตัวพาเป็นพารามิเตอร์แบบไดนามิกแรงโน้มถ่วงที่เฉพาะเจาะจงของฟอสเฟอร์จะมากกว่าตัวพาเจลและความแม่นยำของเครื่องจ่ายและความแม่นยำของเครื่องจ่ายการควบคุมความสม่ำเสมอของ ปริมาณการเคลือบของสารเรืองแสงเป็นเรื่องยากทำให้เกิดแสงสีขาว สีไม่สม่ำเสมอ

2, พารามิเตอร์ฟิล์มตาแมว: ลักษณะของกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์วัสดุเดียวกันสามารถกำหนดพารามิเตอร์แสง (เช่นความยาวคลื่นความเข้มของแสง) และไฟฟ้า (เช่นแรงดันไปข้างหน้า) พารามิเตอร์ความแตกต่างระหว่างชิปเวเฟอร์เดียวกัน นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิป RGB trichromatic ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อพารามิเตอร์ chromaticity สีขาว นี่เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ต้องแก้ไขในอุตสาหกรรม

3. การควบคุมพารามิเตอร์แสงสีตามข้อกำหนดการใช้งาน: สำหรับวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันข้อกำหนดสำหรับพิกัดสีอุณหภูมิสีการแสดงสีพลังงานแสง (หรือความเข้มของแสง) และการกระจายเชิงพื้นที่ของแสงไฟ LED สีขาวนั้นแตกต่างกัน การควบคุมพารามิเตอร์ข้างต้นเกี่ยวข้องกับความร่วมมือของปัจจัยต่าง ๆ เช่นโครงสร้างผลิตภัณฑ์วิธีการผลิตและวัสดุ ในการผลิตภาคอุตสาหกรรมสิ่งสำคัญคือการควบคุมปัจจัยข้างต้นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานและมีความสอดคล้องที่ดี

เทคโนโลยีการทดสอบและมาตรฐาน

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตชิปพลังงาน W-class และเทคโนโลยี LED สีขาวผลิตภัณฑ์ LED จะค่อยๆเข้าสู่ตลาดแสงสว่าง (พิเศษ) มาตรฐานการทดสอบพารามิเตอร์ผลิตภัณฑ์ LED แบบดั้งเดิมและวิธีการทดสอบที่ใช้สำหรับการแสดงผลหรือการบ่งชี้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานแสงได้อีกต่อไป ผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในและต่างประเทศได้เปิดตัวเครื่องมือทดสอบของตัวเอง มีความแตกต่างบางอย่างในหลักการทดสอบเงื่อนไขและมาตรฐานที่ใช้โดยเครื่องมือที่แตกต่างกันซึ่งจะเพิ่มความยากและความซับซ้อนของงานทดสอบและการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

สมาคมอุตสาหกรรมออปโตอิเล็กทรอนิกส์ออพติคัลออฟติคัลของจีนสมาคมอุตสาหกรรมย่อยออปโตอิเล็กทรอนิกส์เปิดตัว "LED Test Method (Trial)" ในปี 2003 ตามความต้องการของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ LED วิธีการทดสอบนี้ได้เพิ่มกฎระเบียบเกี่ยวกับพารามิเตอร์สี LED อย่างไรก็ตามไฟ LED ต้องขยายไปสู่อุตสาหกรรมแสงสว่าง การสร้างมาตรฐานผลิตภัณฑ์ไฟส่องสว่าง LED เป็นวิธีที่สำคัญในการสร้างมาตรฐานอุตสาหกรรม

เทคโนโลยีการคัดกรองและการประกันความน่าเชื่อถือ

เนื่องจากข้อ จำกัด ของการปรากฏตัวของโคมไฟ, พื้นที่ประกอบของ LED สำหรับการส่องสว่างถูกปิดผนึกและ จำกัด และพื้นที่ปิดผนึกและ จำกัด ไม่เอื้อต่อการกระจายความร้อนของ LED ซึ่งหมายความว่าสภาพแวดล้อมสำหรับการส่องสว่าง LED เป็น ด้อยกว่าจอแสดงผลแบบเดิมและผลิตภัณฑ์ไฟสัญญาณ LED นอกจากนี้หลอดไฟ LED ยังทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าสูงซึ่งทำให้ความต้องการความน่าเชื่อถือสูงขึ้น ในการผลิตภาคอุตสาหกรรมจำเป็นต้องมีการทดสอบอายุความร้อนที่เหมาะสมการช็อกรอบอุณหภูมิการทดสอบการคัดกรองอายุกระบวนการสำหรับการใช้งานผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันและเพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์ที่ล้มเหลวในช่วงต้น

เทคโนโลยีการป้องกันไฟฟ้า

เนื่องจาก GaN เป็นวัสดุ bandgap ที่กว้างความต้านทานจึงสูงและประจุที่เกิดขึ้นจากไฟฟ้าสถิตย์ในกระบวนการผลิตจะไม่สูญหายได้ง่ายและสะสมในระดับที่มากและสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าสถิตสูงได้ เมื่อความสามารถในการทนต่อวัสดุเกินกว่าจะเกิดปรากฏการณ์การแตกหักและเกิดขึ้น ชิปสีน้ำเงินของสารตั้งต้นไพลินมีขั้วไฟฟ้าบวกและลบบนชิปที่มีระยะห่างเล็กน้อย สำหรับ Heterojunction ดับเบิล InGaN / AlGaN / GaN, ชั้นบางที่ใช้งาน InGaN นั้นมีเพียงไม่กี่สิบนาโนเมตรและความสามารถในการทนต่อไฟฟ้าสถิตนั้นมีขนาดเล็กซึ่งง่ายมาก มันถูกทำลายลงด้วยไฟฟ้าสถิตย์เพื่อปิดการใช้งานอุปกรณ์

ดังนั้นในอุตสาหกรรมการผลิตการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์มีความเหมาะสมส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตความน่าเชื่อถือและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ มีหลายเทคนิคในการป้องกันไฟฟ้าสถิต:

1. ใช้ความระมัดระวังกับการส่งสแต็ค ฯลฯ ของร่างกายมนุษย์แพลตฟอร์มพื้นดินพื้นที่และผลิตภัณฑ์สำหรับการผลิตและการใช้งาน วิธีการคือเสื้อผ้าป้องกันไฟฟ้าสถิตย์, ถุงมือ, กำไล, รองเท้า, แผ่น, กล่อง, พัดลมไอออนเครื่องมือทดสอบ ฯลฯ

2. ออกแบบวงจรป้องกันไฟฟ้าสถิตบนชิป

3. ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันบน LED

สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ไฟ LED

LED พลังงานถูกแบ่งออกเป็น LED พลังงานและ LED พลังงาน W-class พลังงานอินพุตของ LED กำลังไฟน้อยกว่า 1W (ยกเว้น LED กำลังไฟหลายสิบมิลลิวัตต์) กำลังไฟฟ้าเข้าของ LED กำลังไฟ W-class เท่ากับหรือมากกว่า 1W

เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ LED พลังงานจากต่างประเทศ

(1) ไฟ LED แสดงการทำงาน

อย่างเร็วที่สุด HP ได้เปิดตัว LED ของโครงสร้างแพ็คเกจ "Piranha" ในช่วงต้นปี 1990 และเปิดตัว "SnapLED" ที่ได้รับการปรับปรุงในปี 1994 มีกระแสการทำงานสองกระแสคือ 70mA และ 150mA และกำลังไฟฟ้าเข้าสามารถถึง 0.3W จากนั้น OSRAM แนะนำ "PowerTOPLED" ต่อมาบาง บริษัท ได้แนะนำโครงสร้างแพ็คเกจไฟ LED ที่หลากหลาย LED กำลังไฟของโครงสร้างเหล่านี้สูงกว่ากำลังไฟ LED หลายเท่าของแพ็คเกจชั้นวางดั้งเดิมและความต้านทานความร้อนจะลดลงเพียงเล็กน้อย

(2) LED กำลังไฟ W-class

LED กำลังไฟ W-class เป็นส่วนสำคัญของการให้แสงสว่างในอนาคตดังนั้น บริษัท ยักษ์ใหญ่ของโลกจึงลงทุนเพื่อการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ของหลอดไฟ LED W-class อย่างมาก

LED พลังงาน W-class ชิปเดียวเปิดตัวครั้งแรกโดย Lumileds ในปี 1998 โครงสร้างของบรรจุภัณฑ์นั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะด้วยการแยกเทอร์โมอิเล็กทริก ชิปพลิกถูกบัดกรีโดยตรงไปยังฮีทซิงค์ด้วยตัวยึดซิลิกอนและใช้ถ้วยสะท้อนแสงและออปติคัล โครงสร้างและวัสดุใหม่ ๆ เช่นเลนส์และกาวโปร่งใสที่ยืดหยุ่นมีให้บริการแล้วใน LED กำลังแรงสูงพร้อมชิปเดี่ยว 1W, 3W และ 5W OSRAM เปิดตัวชุด LED "GoldenDragon" ในชิปเดียวในปี 2546 ซึ่งมีลักษณะเป็นแผ่นระบายความร้อนและโลหะ แผงวงจรสัมผัสโดยตรงและมีประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่ดีและกำลังไฟฟ้าเข้าสามารถเข้าถึง 1W

LED กำลังแรงสูงพร้อมแพ็คเกจหลายชิปมีอยู่ในโครงสร้างและแพ็คเกจต่างๆ ในปีพ. ศ. 2544 UOE Corporation ได้เปิดตัวชุดไฟ LED Norlux ในบรรจุภัณฑ์แบบชิปที่มีแผ่นอลูมิเนียมหกเหลี่ยมเป็นวัสดุตั้งต้น ในปีพ. ศ. 2546 LaninaCeramics ได้เปิดตัว LED อาร์เรย์กำลังแรงสูงซึ่งบรรจุอยู่ในเทคโนโลยีการเผาเซรามิกอุณหภูมิต่ำ (LTCC-M) ซึ่งเป็นกรรมสิทธิ์ของ บริษัท บนพื้นผิวโลหะ ในปี 2003 พานาโซนิคได้เปิดตัว LED สีขาวกำลังแรงซึ่งบรรจุอยู่ด้วยการรวมกันของ 64 ชิป ในปี 2003 Nichia Corporation ประกาศว่าเป็น LED สีขาวที่สว่างที่สุดในโลกด้วยฟลักซ์ส่องสว่าง 600 lm และลำแสงเอาต์พุต 1,000 lm มันคือ 30W, กำลังไฟฟ้าเข้าสูงสุดคือ 50W, และโมดูลไฟ LED สีขาวที่ให้การแสดงนิทรรศการมีประสิทธิภาพการส่องสว่างที่ 33lm / W

เกี่ยวกับไฟ LED กำลังแรงสูงที่มีการผสมผสานหลายชิป บริษัท หลายแห่งได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่อย่างต่อเนื่องพร้อมโครงสร้างและบรรจุภัณฑ์ใหม่ตามความต้องการของตลาดและความเร็วในการพัฒนาของพวกเขานั้นรวดเร็วมาก

เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ LED กำลังไฟในประเทศ

ผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์ LED ในประเทศสมบูรณ์ยิ่งขึ้น ตามการคาดการณ์เบื้องต้นมีโรงงานบรรจุภัณฑ์ LED มากกว่า 200 แห่งในจีนมีกำลังการผลิตบรรจุภัณฑ์มากกว่า 20 พันล้านต่อปีและความสามารถในการบรรจุภัณฑ์ก็แข็งแกร่งเช่นกัน อย่างไรก็ตามโรงงานบรรจุภัณฑ์หลายแห่งเป็น บริษัท เอกชนที่มีขนาดเล็ก อย่างไรก็ตามไฟ LED กำลังสูง MB ซีรีย์ห่อหุ้มด้วยเทคโนโลยี MetalConding ในไต้หวัน UEC Corporation (National Union) ของจีนนั้นมีลักษณะโดยการแทนที่สารตั้งต้น GaAs ด้วย Si ให้การกระจายความร้อนที่ดีและใช้ชั้นยึดโลหะเป็นชั้นสะท้อนแสงเพื่อปรับปรุง แสงส่องสว่าง .

สำหรับการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ LED กำลังแรงสูงประเทศยังไม่สนับสนุนการลงทุนอย่างเป็นทางการและหน่วยวิจัยในประเทศไม่ค่อยแทรกแซง ความแข็งแกร่งของการลงทุนและการวิจัย (กำลังคนและทรัพยากรทางการเงิน) ของธุรกิจบรรจุภัณฑ์ยังไม่เพียงพอก่อให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ในประเทศที่อ่อนแอ ระดับเทคนิคของบรรจุภัณฑ์ยังค่อนข้างแตกต่างจากของต่างประเทศ