Ứng dụng của đèn LED siêu sáng tiếp tục mở rộng, đầu tiên tham gia vào thị trường chiếu sáng đặc biệt và hướng tới thị trường chiếu sáng chung. Do công suất đầu vào của chip LED tăng liên tục, các yêu cầu cao hơn được đặt ra đối với công nghệ đóng gói của các đèn LED công suất này. Công nghệ đóng gói Power LED phải đáp ứng hai yêu cầu sau: Thứ nhất, cấu trúc gói phải có hiệu suất chiết ánh sáng cao và thứ hai, độ bền nhiệt phải càng thấp càng tốt, để đảm bảo hiệu suất quang điện và độ tin cậy của đèn LED công suất.
Nếu đèn LED bán dẫn được sử dụng làm nguồn chiếu sáng, thì quang thông của sản phẩm thông thường khác xa so với nguồn sáng đa năng như đèn sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang. Do đó, để phát triển đèn LED trong lĩnh vực chiếu sáng, chìa khóa là tăng hiệu quả phát sáng và quang thông tới mức của các nguồn chiếu sáng hiện có. Các vật liệu epiticular được sử dụng cho đèn LED công suất sử dụng công nghệ tăng trưởng epitax MOCVD và nhiều cấu trúc giếng lượng tử. Mặc dù hiệu suất lượng tử bên trong cần phải được cải thiện hơn nữa, trở ngại lớn nhất để có được thông lượng phát sáng cao là hiệu suất chiết ánh sáng thấp của chip. Thiết kế đèn LED công suất hiện có sử dụng cấu trúc hàn chip lật mới để cải thiện hiệu suất trích sáng của chip, cải thiện đặc tính nhiệt của chip và tăng hiệu suất chuyển đổi quang điện của thiết bị bằng cách tăng diện tích chip và tăng dòng điện hoạt động. Thông lượng phát sáng cao hơn. Ngoài chip, công nghệ đóng gói của thiết bị cũng rất quan trọng. Các quy trình công nghệ đóng gói quan trọng là:
Công nghệ tản nhiệt
Cấu trúc gói đèn LED loại chỉ thị truyền thống thường sử dụng keo dẫn điện hoặc không dẫn điện để gắn chip vào cốc phản quang cỡ nhỏ hoặc trên bàn mang. Dây vàng được sử dụng để hoàn thành kết nối bên trong và bên ngoài của thiết bị và được bọc bằng nhựa epoxy. Khả năng chịu nhiệt của nó cao tới 250 ° C / W ~ 300 ° C / W. Nếu chip năng lượng mới áp dụng hình thức gói LED truyền thống, nhiệt độ đường giao nhau sẽ tăng nhanh và quá trình cacbon hóa epoxy sẽ chuyển sang màu vàng do tản nhiệt kém. Tăng tốc phân rã ánh sáng cho đến khi thất bại, thậm chí do căng thẳng gây ra bởi sự giãn nở nhiệt nhanh do sự cố mạch hở.
Do đó, đối với chip LED công suất có dòng điện hoạt động lớn, cấu trúc gói mới có khả năng chịu nhiệt thấp, tản nhiệt tốt và ứng suất thấp là chìa khóa kỹ thuật của thiết bị LED nguồn. Con chip có thể được liên kết với một vật liệu có điện trở suất thấp và độ dẫn nhiệt cao; một bộ tản nhiệt bằng đồng hoặc nhôm được thêm vào phần dưới của chip, và một cấu trúc bán đóng gói được sử dụng để tăng tốc độ tản nhiệt; và thậm chí một bộ tản nhiệt thứ cấp được thiết kế để giảm sức cản nhiệt của thiết bị. Bên trong thiết bị, chứa đầy cao su silicon mềm dẻo có độ trong suốt cao, trong phạm vi nhiệt độ của cao su silicon (thường là -40 ° C ~ 200 ° C), gel sẽ không mở do thay đổi nhiệt độ đột ngột và sẽ không xuất hiện hiện tượng màu vàng . Vật liệu một phần cũng nên tính đến các tính chất nhiệt và nhiệt của chúng để đạt được các tính chất nhiệt tổng thể tốt.
Công nghệ thiết kế quang học thứ cấp
Để cải thiện hiệu suất trích sáng của thiết bị, một cốc phản quang bổ sung và nhiều ống kính quang học được thiết kế.
Power LED công nghệ ánh sáng trắng
Có ba phương pháp phổ biến để đạt được ánh sáng trắng:
(1) Con chip màu xanh được phủ bằng photpho YAG, ánh sáng màu xanh của con chip kích thích phốt pho phát ra ánh sáng màu vàng lục từ 540 nm ~ 560nm, và ánh sáng màu xanh lục và ánh sáng xanh lam tổng hợp ánh sáng trắng. Phương pháp này tương đối đơn giản để chuẩn bị, hiệu quả cao và thực tế. Nhược điểm là độ đặc của vải kém, phốt pho dễ kết tủa, độ đồng đều của bề mặt ánh sáng kém, tông màu không đồng đều, nhiệt độ màu cao và độ hoàn màu không lý tưởng.
(2) RGB ba màu chính Nhiều chip hoặc nhiều thiết bị phát ra ánh sáng để tạo thành ánh sáng trắng hoặc sử dụng màu bổ sung cho chip kép màu xanh lam + vàng lục để tạo ra ánh sáng trắng. Miễn là nhiệt bị tiêu tan, ánh sáng trắng được tạo ra bằng phương pháp này ổn định hơn phương pháp trước, nhưng việc lái xe phức tạp hơn và tốc độ phân rã ánh sáng khác nhau của các chip màu khác nhau cũng được xem xét.
(3) Áp dụng phốt pho RGB trên chip ánh sáng cực tím và sử dụng ánh sáng tím để kích thích phốt pho tạo ra ba màu chính để tạo thành ánh sáng trắng. Do hiệu quả thấp của chip UV và phốt pho RGB hiện tại, nó vẫn chưa đạt đến giai đoạn thực tế.
Chúng tôi tin rằng các vấn đề kỹ thuật sau đây phải được giải quyết để hiện thực hóa công nghiệp hóa các sản phẩm LED công suất loại W để chiếu sáng:
1. Kiểm soát lớp phủ bột: Phương pháp phủ được sử dụng trong quy trình chip LED + phốt pho thường là trộn phốt-pho với keo và sau đó áp dụng nó vào chip với bộ phân phối. Trong quá trình vận hành, vì độ nhớt của gel mang là thông số động, nên trọng lượng riêng của photpho lớn hơn gel mang và độ chính xác của bộ phân phối và độ chính xác của bộ phân phối, kiểm soát độ đồng đều của lượng lớp phủ của phốt pho là khó khăn, dẫn đến ánh sáng trắng. Màu sắc không đồng đều.
2, các tham số quang điện màng: các đặc tính của quá trình bán dẫn, cùng một vật liệu có thể xác định các tham số quang (như bước sóng, cường độ ánh sáng) và chênh lệch thông số điện (như điện áp thuận) giữa cùng một chip wafer. Điều này đặc biệt đúng với các chip ba màu RGB, có ảnh hưởng lớn đến các tham số sắc độ trắng. Đây là một trong những công nghệ chính phải được giải quyết trong công nghiệp hóa.
3. Điều khiển các thông số màu sắc ánh sáng theo yêu cầu ứng dụng: Đối với các mục đích khác nhau, các yêu cầu về tọa độ màu, nhiệt độ màu, kết xuất màu, công suất quang (hoặc cường độ ánh sáng) và phân bố không gian của ánh sáng của đèn LED trắng là khác nhau. Việc kiểm soát các thông số trên liên quan đến sự hợp tác của các yếu tố khác nhau như cấu trúc sản phẩm, phương pháp xử lý và nguyên liệu. Trong sản xuất công nghiệp, điều quan trọng là phải kiểm soát các yếu tố trên để có được sản phẩm đáp ứng yêu cầu ứng dụng và có tính nhất quán tốt.
Kiểm tra công nghệ và tiêu chuẩn
Với sự phát triển của công nghệ sản xuất chip điện W-class và công nghệ LED trắng, các sản phẩm LED đang dần thâm nhập vào thị trường chiếu sáng (đặc biệt). Các tiêu chuẩn thử nghiệm thông số sản phẩm LED truyền thống và phương pháp thử nghiệm được sử dụng để hiển thị hoặc chỉ thị có thể không còn đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng chiếu sáng. Các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn trong và ngoài nước cũng đã ra mắt dụng cụ thử nghiệm của riêng họ. Có một số khác biệt nhất định trong các nguyên tắc, điều kiện và tiêu chuẩn thử nghiệm được sử dụng bởi các công cụ khác nhau, điều này làm tăng độ khó và độ phức tạp của ứng dụng thử nghiệm và công việc so sánh hiệu suất sản phẩm.
Hiệp hội Công nghiệp Quang điện tử Trung Quốc Hiệp hội Tiểu ban Công nghiệp Quang điện tử đã phát hành "Phương pháp thử nghiệm LED (Thử nghiệm)" vào năm 2003 theo nhu cầu phát triển sản phẩm LED. Phương pháp thử nghiệm này đã thêm các quy định về thông số màu LED. Tuy nhiên, đèn LED cần mở rộng sang ngành công nghiệp chiếu sáng. Thiết lập tiêu chuẩn sản phẩm chiếu sáng LED là một phương tiện quan trọng của tiêu chuẩn hóa công nghiệp.
Công nghệ sàng lọc và đảm bảo độ tin cậy
Do sự hạn chế về sự xuất hiện của bộ đèn, không gian lắp ráp đèn LED để chiếu sáng bị giới hạn và không gian kín và không giới hạn không có lợi cho việc tản nhiệt của đèn LED, có nghĩa là môi trường sử dụng của đèn chiếu sáng LED kém hơn các sản phẩm LED hiển thị và chỉ dẫn thông thường. Ngoài ra, đèn LED chiếu sáng được vận hành dưới ổ đĩa cao, điều này đặt ra yêu cầu độ tin cậy cao hơn trên nó. Trong sản xuất công nghiệp, cần thực hiện quá trình lão hóa nhiệt thích hợp, sốc nhiệt độ, kiểm tra quá trình lão hóa tải cho các mục đích sử dụng sản phẩm khác nhau và loại bỏ các sản phẩm hỏng hóc sớm để đảm bảo độ tin cậy của sản phẩm.
Công nghệ bảo vệ điện
Do GaN là vật liệu băng rộng, điện trở suất cao và điện tích cảm ứng được tạo ra bởi tĩnh điện trong quá trình sản xuất không dễ bị mất và tích lũy ở một mức độ đáng kể và có thể tạo ra điện áp tĩnh cao. Khi khả năng chịu đựng của vật liệu bị vượt quá, sự cố sẽ xảy ra và xả thải. Các chip màu xanh của chất nền sapphire có các điện cực dương và âm trên chip với một khoảng cách nhỏ. Đối với hệ dị vòng kép InGaN / AlGaN / GaN, lớp mỏng hoạt động InGaN chỉ vài chục nanomet, và khả năng chịu tĩnh điện là rất nhỏ, cực kỳ dễ dàng. Nó bị phá vỡ bởi tĩnh điện để vô hiệu hóa thiết bị.
Do đó, trong sản xuất công nghiệp, việc ngăn chặn tĩnh điện là phù hợp, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất sản phẩm, độ tin cậy và lợi ích kinh tế. Có một số kỹ thuật để ngăn chặn tĩnh điện:
1. Hãy đề phòng việc truyền, xếp chồng, vv của cơ thể người, nền tảng, mặt đất, không gian và các sản phẩm để sản xuất và sử dụng. Các phương tiện là quần áo chống tĩnh điện, găng tay, vòng đeo tay, giày, miếng lót, hộp, quạt ion, dụng cụ thử nghiệm, v.v.
2. Thiết kế mạch bảo vệ tĩnh điện trên chip.
3. Gắn thiết bị bảo vệ trên đèn LED.
Hiện trạng công nghệ đóng gói LED điện
Đèn LED công suất được chia thành đèn LED công suất và đèn LED công suất loại W. Công suất đầu vào của đèn LED công suất nhỏ hơn 1W (ngoại trừ hàng chục milliwatts của đèn LED công suất); công suất đầu vào của đèn LED công suất loại W bằng hoặc lớn hơn 1W.
Công nghệ đóng gói LED điện nước ngoài
(1) Đèn LED nguồn
Sớm nhất, HP đã giới thiệu đèn LED của cấu trúc gói "Piranha" vào đầu những năm 1990 và giới thiệu "SnapLED" cải tiến vào năm 1994. Nó có hai dòng hoạt động là 70mA và 150mA và công suất đầu vào có thể đạt 0,3W. Sau đó, OSRAM đã giới thiệu "PowerTOPLED". Sau đó, một số công ty đã giới thiệu một loạt các cấu trúc gói LED điện. Đèn LED công suất của các cấu trúc này cao hơn nhiều lần so với công suất đầu vào LED của gói giá gốc và điện trở nhiệt giảm đi một phần.
(2) Đèn LED nguồn W-class
Đèn LED công suất loại W là bộ phận cốt lõi của chiếu sáng trong tương lai, vì vậy các công ty lớn trên thế giới đã đầu tư rất nhiều năng lượng để nghiên cứu và phát triển công nghệ đóng gói của đèn LED công suất loại W.
Đèn LED công suất loại W đơn chip được Lumileds giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1998. Cấu trúc gói được đặc trưng bởi sự phân tách nhiệt điện. Các chip lật được hàn trực tiếp vào tản nhiệt với chất mang silicon, và một cốc phản quang và quang học được sử dụng. Các cấu trúc và vật liệu mới như thấu kính và chất kết dính trong suốt linh hoạt hiện có sẵn trong đèn LED công suất cao với chip đơn 1W, 3W và 5W. OSRAM đã ra mắt loạt đèn LED "GoldenDragon" đơn chip vào năm 2003, được đặc trưng bởi tản nhiệt và kim loại. Bảng mạch tiếp xúc trực tiếp và có hiệu suất tản nhiệt tốt, và công suất đầu vào có thể đạt 1W.
Đèn LED công suất cao với gói đa chip có sẵn trong nhiều cấu trúc và gói. Năm 2001, Tập đoàn UOE đã giới thiệu loạt đèn LED Norlux trong gói đa chip với tấm nhôm hình lục giác làm đế. Năm 2003, LaninaCeramic đã giới thiệu một dãy đèn LED công suất cao được đóng gói trên công nghệ gốm thiêu kết nhiệt độ thấp (LTCC-M) độc quyền của công ty trên đế kim loại. Năm 2003, Panasonic đã ra mắt một đèn LED trắng công suất cao được đóng gói bởi sự kết hợp của 64 chip. Năm 2003, Tập đoàn Nichia tuyên bố rằng đây là đèn LED trắng sáng nhất thế giới, với thông lượng phát sáng 600 lm và chùm sáng đầu ra 1000 lm. Đó là 30W, công suất đầu vào tối đa là 50W và mô-đun LED trắng cung cấp cho triển lãm có hiệu suất phát sáng là 33lm / W.
Liên quan đến đèn LED công suất cao với sự kết hợp đa chip, nhiều công ty đã liên tục phát triển nhiều sản phẩm mới với cấu trúc và bao bì mới theo nhu cầu thực tế của thị trường và tốc độ phát triển của chúng rất nhanh.
Công nghệ đóng gói LED điện trong nước
Sản phẩm bao bì LED trong nước được hoàn thiện hơn. Theo ước tính sơ bộ, có hơn 200 nhà máy sản xuất bao bì LED ở Trung Quốc, với công suất đóng gói hơn 20 tỷ / năm, và khả năng đóng gói cũng rất mạnh. Tuy nhiên, nhiều nhà máy đóng gói là các công ty tư nhân, có quy mô nhỏ. Tuy nhiên, đèn LED công suất cao dòng MB được đóng gói bằng công nghệ MetalConding trong Tập đoàn UEC Đài Loan (Liên minh Quốc gia) của Trung Quốc được đặc trưng bằng cách thay thế chất nền GaAs bằng Si, cung cấp tản nhiệt tốt và sử dụng lớp liên kết kim loại làm lớp phản chiếu ánh sáng để cải thiện khai sáng sản phẩm. .
Đối với việc nghiên cứu và phát triển công nghệ đóng gói LED công suất cao, quốc gia này chưa chính thức hỗ trợ đầu tư và các đơn vị nghiên cứu trong nước hiếm khi can thiệp. Sức mạnh đầu tư và nghiên cứu (nhân lực và nguồn tài chính) của các doanh nghiệp bao bì vẫn chưa đủ, tạo thành một tình huống yếu kém trong sự phát triển của công nghệ đóng gói tại Trung Quốc. Trình độ kỹ thuật của bao bì vẫn khá khác biệt so với nước ngoài.